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NASA 与 SpaceX 新一代火箭竞争,太空发射系统和星舰有何差别?

2024-11-01 213


为了重新登上月球、甚至去往更远的星球,NASA 与 SpaceX 正在竞相开发新型重型火箭与载人太空船,分别为太空发射系统(SLS)与星舰(Starship)。那么,这两种火箭有什么不同、哪一个更强大?

▲ NASA 与 SpaceX 超重型火箭比较。

SpaceX 星舰

星舰前身称为大猎鹰火箭(BFR),为 SpaceX 开发中的下一代两节火箭发射载具,火箭全长 120 米,比总长 93 米的美国自由女神像还要巨大。第一级助推器是可重复使用的超重型(Super Heavy)运载火箭,高 70 米,第二级是也可重复使用的火箭兼太空飞行器星舰(Starship),高 50 米,并设计成可垂直起降着陆,也就是说太空人要从外太空回来时,会直接搭乘这艘星舰飞船着陆地球,这是和 NASA 太空发射系统太空船不同的地方之一。

不过,SpaceX 这艘太空飞船的名称与整体火箭名称撞名,都叫星舰。

星舰动力来源则为 SpaceX 自主研发生产的猛禽(Raptor)火箭发动机,采用液态甲烷与液氧作为推进剂,燃烧原理是将 2 种推进剂送入燃烧室内混合并点燃,火焰于高压下产生热气,并透过发动机的喷嘴高速排出以产生推力;根据马斯克在推特上的说法,最终完整版本星舰共将搭载 41 架猛禽发动机作为升空与着陆动力来源——超重型火箭安装 35 架,星舰飞船安装 6 架。

发射时,第一级超重型火箭将产生高达 1,500 万磅的惊人推力,这是 1960~1970 年代阿波罗登月计划所使用农神 5 号(Saturn V)火箭推力的 2 倍,而农神 5 号是迄今为止人类发射过最强大的运载火箭。

而星舰原型机已如火如荼展开各种测试,比如日前 SN9 原型机进入高空测试,可惜在着陆时坠毁爆炸,走上和 SN8 原型机最终高空测试一样的历史。

NASA 太空发射系统

太空发射系统(Space Launch System,缩写 SLS)则是从航天飞机演变而来的运载火箭,全长约 100 米,是 NASA 至今设计过最强大的火箭,整体而言与农神 5 号火箭相近,第一节由一个主推进器与 2 个助推进器捆绑组成,发射时推力达 820 万磅,比农神 5 号高 5%,可以一举冲上近地轨道(应该离地至少 300 公里)。

在 SLS 火箭主推进器中,带有超过 330 万升的液态氢与液态氧,由 4 台 RS-25 发动机提供动力,与 SpaceX 猛禽发动机的最大差别在于燃料是液态氢而不是液态甲烷。

SLS 的有效载荷(猎户座飞船/多功能人员酬载舱)则附着在主推进器上方,装备单个 RL-10 比 RS-25 还要小的发动机提供动力。猎户座飞船新设计了较大的丙烯酸观景窗,可以容纳 6 名太空人,和星舰飞船最大的不同之处在于,猎户座飞船没有机翼和尾翼,因此重新进入地球大气层后是透过打开降落伞缓慢飘回海上或沙漠,然后等 NASA 来接人,好处是这种设计不需要复杂的气动外形和防热系统。

▲ SLS 火箭结构细部分解。(Source:NASA)

由于 SLS 火箭许多技术都是取材过去任务设备,尽管没有 SpaceX 创新,但能大幅减少研发时间——虽然今年 1 月中,SLS 火箭未能通过备受瞩目的关键引擎热火测试。但零件并未发生重大损坏,因此 NASA 表示暂无更改设计的考虑。

▲ 各火箭大小与外观比较。(Source:Thorenn, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons)

  • SpaceX vs Nasa: who will get us to the Moon first? Here’s how their latest rockets compare

(首图来源:NASA/SpaceX)

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2021-02-05 22:08:00

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