又贵又浪费,未来上太空火箭会被淘汰吗?三种替代方案哪个更优?


人類歷史上的第一次火箭飛行可能是中國明朝的萬戶, 他在椅子上綁了47支火箭, 命令仆人同時點燃, 試圖坐著火箭椅飛上天空。

不幸的是火箭爆炸了, 把他燒得面目全非, 死于非命。 不過這個故事在中國的古籍中沒有任何記載, 而都是來自西方的描述, 所以可能只是西方對神秘東方文明古國的杜撰。

而現代火箭的發明者是美國物理學家羅伯特·戈達德, 1926年3月16日, 在紐約時代周刊的嘲笑聲中, 戈達德在馬薩諸塞州奧本市一片白雪覆蓋的甘藍田里, 點燃了他的第一枚液體火箭。 火箭飛行了2.5秒, 高度達12.5米, 飛行56米后墜落在地。 這是歷史上最重要的一次飛行, 戈達德后來被稱為現代火箭的奠基人之一, 著名的戈達德太空中心就是以他的名字命名。

92年后, 液體燃料火箭把衛星和飛船送入軌道已成為太空飛行的常態, 那雷鳴般的轟響, 巨大的火焰,

比樓房還高的火箭巨獸冉冉而起, 讓每一個觀看它升空的人無不瞠目結舌, 滿懷敬畏。

然而火箭遠非完美, 甚至可說極為浪費, 高達85%以上的質量被用于將火箭、載荷及燃料本身送上天空, 而進入太空的有效載荷本身僅占5%左右。 不僅如此, 火箭發射也極為昂貴, 大型火箭每次發射費用動輒上億美元。 既然如此昂貴而又浪費, 未來火箭仍是我們通向太空的主要交通工具嗎?有沒有什么新的方法和技術可以取代它呢?

目前已經提出來的技術有三種。


一是太空電梯。 這是最具未來感和最具挑戰的技術, 目前已有實現的可能, 關鍵就在于高強度的碳納米管纜繩何時能夠研制出來。 已有一些公司試圖在本世紀中葉建成太空電梯, 可以在一個星期的時間里將貨物和乘客送到太空, 成本只有現在最便宜的獵鷹重型火箭的1/7。

二是星際列車。 這是最大膽最酷炫的方案, 是一種磁懸浮的太空發射系統。 這個方案是在海平面處建造一個超過130公里長的真空管道, 出口在海拔3000米到7000米的高山上,

太空艙將在管道內被加速, 以8.8千米/秒的速度沖進大氣層, 憑慣性到達太空軌道。 這種方案所有的技術都已存在, 估計投資在200億到500億美元之間, 太空貨運成本將將從目前的每公斤10000美元, 降低到20到50美元, 可能開創一個價值達數萬億美元的新產業。


三是JP航空航天公司的黑暗天空站。 這個想法是在43000米的高空建設一個永久性的巨大的高空浮動結構——黑暗天空站, 利用飛艇將貨物和乘客送到天空站后, 再用軌道飛艇將載荷提升到55000米高空, 然后用輕型低功率離子發動機緩慢加速, 將載荷送入太空, 估計成本在每公斤310美元左右。


這些想法可能都可以取代火箭將有效載荷送入太空。但現在,馬斯克的SpaceX公司已經制造出可重復使用的獵鷹重型火箭,每公斤成本已降至荒謬的1400美元,未來還有可能進一步下降,在這樣的情況下,還有必要開發其它的太空交通工具嗎?


這些想法可能都可以取代火箭將有效載荷送入太空。但現在,馬斯克的SpaceX公司已經制造出可重復使用的獵鷹重型火箭,每公斤成本已降至荒謬的1400美元,未來還有可能進一步下降,在這樣的情況下,還有必要開發其它的太空交通工具嗎?

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