火星，一直都是“硅谷鋼鐵俠”Elon Musk一個最大的夢想。
3天前，在澳大利亞的阿德萊德舉行的第 68 屆國際宇航大會上，SpaceX 的創(chuàng)始人、CEO 兼 CTO，Elon Musk發(fā)表了一個主題演講，第三次、第二版也是最詳細地闡述了他心目中人類如何移民火星的計劃。用Elon Musk自己的話來說：
人類能否走出地球，變成一個星際物種，這決定著人類的未來。
究竟Elon Musk在這次主題演講中說了什么？其中又有哪些特別值得關注的點？雷鋒網也專門對整場演講進行了整理，快來欣賞下人類史上完成度最高的火星移民計劃吧。
事實上，40年前的人類曾經有過一波熱浪滔天的“太空開發(fā)浪潮”。雖然那次浪潮背后有著國家競爭、時代因素等契機，但它的最終落幕的確說明了一點——如何提升火箭的運載效率，對于太空開發(fā)至關重要。
而這恰恰是SpaceX一開始計劃，并且已經在可重復利用的Falcon 9火箭上部分實現(xiàn)的核心。
不過將衛(wèi)星或者少量物資運到太空的Falcon 9火箭明顯無力承擔以火星為目標的探險，所以在去年在墨西哥城舉行的第 67 屆國際宇航大會，Elon Musk發(fā)布了一個名為“星際運輸系統(tǒng)（ITS，Interplanetary Transport System）”的全新設計。
這套系統(tǒng)中包含兩個核心部件，一個被稱為BFR（Big Fxxking Rocket，好一個大火箭），另一個則是運輸飛船（Mars Colonial Transporter，火星殖民運輸者）。
他們加起來，總高度達到了122米，直徑12米，整體重量達到1.05萬噸，理論可以將550噸的物資搜昂上地球低軌道（LEO）。但龐大的尺寸也給動力設計帶來了困難，BFR底端被設置了足足42個SpaceX新一代Raptor引擎，后者的能力約為SpaceX目前在Falcon 9火箭上的Merlin系列引擎的3.5倍。
如何保證如此之多的引擎正常工作？如此密集排布的情況下是否會影響單個發(fā)動機的可靠性？最終，Elon Musk選擇了在今年對整套ITS系統(tǒng)進行一定的“縮水”：
高度從之前的122米縮減為106米；
火箭直徑從之前的12米縮減為9米；
最關鍵的是：有效的LEO載荷從之前的550噸下降到150噸；
整體理論載荷下降到原來的4分之一，為什么會出現(xiàn)這么明顯的縮水？原因還是在于整體結構設計：發(fā)動機數(shù)量少了、火箭部分長度縮短了，但是運輸飛船的個頭基本沒變。換個角度說，整套ITS系統(tǒng)實際上都以運輸飛船為中心進行了一定的妥協(xié)。
在此次演講中，Elon Musk也簡短介紹了飛船在修整后的全新布局。頭部依然是載荷部分，但是內部有所劃分，乘員艙大概會由40-50個艙室組成，每個艙室里面一般坐2-3人，最大可以擠進4-5人。同時飛船還直接設有可供躲避“太陽風暴的艙室”，之后才是專門用來存放貨物的艙室。
在運輸飛船的最后部，則是燃料艙和發(fā)動機引擎。值得一提的是，在發(fā)布會現(xiàn)場，Elon Musk也展示了一小段視頻，SpaceX利用自行發(fā)明的全新碳纖維結構，打造了一個燃料倉的試驗品。它在灌入液氧之后進行相應的壓強測試，完全能夠滿足飛船設計過程中的理論要求。
運輸飛船的底部則一共有6個Raptor引擎，其中4個用途為在真空（宇宙）中提供推進力，剩下的兩個集中分布在中部，作為運輸飛船在火星降落/起飛、地球降落的動力。在飛船的底部外側，還有兩個“Delta Wing”，用來作為運輸飛船在大氣中的控制面。
與上一個版本的運輸飛船藍圖相比，這一版運輸飛船顯得更加簡練，但在內部設計上更加細致。事實上，這其中也潛藏了一個玄機，我們留到下文再進行解析。
至于目前整個系統(tǒng)完成程度，Elon Musk在演講中表示：我們目前也正在緊鑼密鼓的建造中，相信明年第三、第四季度可能會有相關的成品展示。
普通人看SpaceX，或許只會覺得它們能夠把火箭回收回來再發(fā)射是“黑科技”。但事實上，這種黑科技最終影響的還是整體的發(fā)射成本。在本次主題演講的過程中，Elon Musk也對這方面進行了集中的“炫耀”。
他先后展示了兩幅圖，第一張是目前世界上現(xiàn)有的航天火箭的運載能力，第二場是這些火箭的發(fā)射成本。需要注意的是，在這兩張圖中Falcon Heavy和BFR的數(shù)字仍為理論值。但我們依舊能夠很明顯的看到，運載能力略遜于中國長征5號的Falcon 9，事實上在利用火箭回收技術之后，已經成為了目前世界上單次發(fā)射成本最低的火箭。并且根據(jù)Elon Musk的推算，ITS系統(tǒng)因為個頭優(yōu)勢，很可能會打破這一紀錄。
另外值得特別提的一點是火星探索中的“太空燃料補給”環(huán)節(jié)。深空探索領域其實有一個悖論——想要把更多的東西運到遙遠的目的地，那么就需要更多燃料，更多的燃料和負載又需要更大的火箭來裝載...周而復始，火箭的尺寸變得越來越大，但是工作效率并沒有提高。
對此，Elon Musk早在去年就提出了“太空燃料補給”的想法：先將載荷飛創(chuàng)發(fā)射到地球周邊軌道，然后再數(shù)次發(fā)射燃料補給飛船與之匯合并轉移燃料，最終讓載有載荷的飛船以滿燃料的狀態(tài)飛向目的地。
Elon Musk在演講中也用一個表格簡單直觀地介紹了效果：單艘飛船僅憑自己能達成150噸的運輸能力，但在一次“太空燃料補給”之后就可以輕松實現(xiàn)200噸的運輸能力，隨著加油次數(shù)的增加，這個數(shù)值還能有所增加。
在介紹完這么多基礎的信息之后，Elon Musk總算談到了火星運輸計劃的詳細情況，從整體上來說，你可以理解有這么5個步驟：
裝有負載（人、貨物）的運輸飛船從地球起飛到達環(huán)地球軌道（火箭部分返回地球）；
燃料補給飛船多次起飛，為運輸飛船補給燃料（燃料補給飛船和火箭部分返回地球）；
裝有負載（人、貨物）的運輸飛船飛向火星，并最終降落在火星表面；
利用飛船攜帶的物資和燃料，在火星表面建立燃料工廠，生成甲烷和氧氣，成為返程飛船的補充燃料；
返程飛船自行從火星表面起飛，然后在地球表面降落。
這或許看上去有“把大象放入冰箱”的即視感，但是Elon Musk在現(xiàn)場還專門放出了他們用計算機模擬出的飛船在火星表面下降的模擬過程，可以看到在整個下降過程中，火箭進行了大幅度的姿態(tài)調整。
當然，上面提到的只是對于單艘飛船的步驟，對于整個火星計劃還略有不同。Elon Musk這次也拿出了整個火星計劃中最開始的目標——在火星上落腳。
這個目標有兩個關鍵的時間節(jié)點，一個是2022年，一個是2024年。其中2022年的規(guī)模略小，主要包括兩艘貨運飛船。他們的目標是為后續(xù)飛船打前站，甚至會放下機器人確認水的存在。2024年的規(guī)模則是4艘飛船，其中兩艘為載人飛船。這批首先出發(fā)的“火星人”將利用4艘飛船上面的物資，在火星表面建立最基礎的基地，并且完成火箭燃料生產工廠的建設。
Elon Musk也在演講的現(xiàn)場展示了他們對于火星基地擴張過程的設想，你可以看到整個基地隨著飛船數(shù)量的增加和時間的推進變得越來越龐大。這實際上也解釋了上文中的一個疑問，為什么在整個ITS計劃縮水的情況下，運輸飛船為什么沒有怎么縮水。答案實際上在于少數(shù)運輸飛船將成為整個火星基地的一部分，他們可能永久都不會再離開火星，因此內部的空間大小保證相當重要。
隨著時間的推移，你可以感覺到Elon Musk的火星計劃變得愈發(fā)仔細，各種各樣的細節(jié)正在逐漸被勾勒出來。
相比大力建設的火星基地，月球基地的介紹就要簡單的多，ITS飛船完全能夠在更少次數(shù)的補給情況下飛到月球，并且再憑借自己的燃料從月球返回地球。這也是因為月球上沒有能夠直接生產出火箭燃料的原料，但值得一提的是，人類其實“覬覦”月球上的氦3已久，后者很有可能會成為人類未來清潔的原子能原料。
如果說火星和月球Elon Musk都是非常嚴謹?shù)脑诮榻B，那么地球火箭客運這個環(huán)節(jié)就有點“惡搞”了。還是那個能夠將人類變?yōu)樾请H居民的ITS系統(tǒng)，不過這次目的地卻變成了地球上的另外一個城市，按照Elon Musk的估算，目前國際上絕大部分航線如果用火箭來運輸，飛行時間都將壓縮到1小時之內。
當然，前提是客人能夠承受住火箭發(fā)射、降落時候的高加速度，不會對這種飛行感到恐懼，并且愿意為節(jié)約的時間付出數(shù)十倍乃至數(shù)百倍的價格。嗯，還是當成一個彩蛋好了。
如果在20年前，你跟一個航空航天業(yè)的人士說，你要發(fā)射一個可以回收的火箭，我敢肯定那個人肯定叫你“瘋子”。但事實上，Elon Musk卻早早地“看”到了這其中的機會。
根據(jù)其傳記中的資料，讓Elon Musk確信自己這種想法的素材實際上只是一本前蘇聯(lián)的火箭數(shù)據(jù)手冊和其天馬行空的想法。這種大膽的預測實際上誰都能做，但關鍵的是，Elon Musk實際上在一開始就能算出其中的可能性。而且不止一次，從Tesla到SpaceX再到OpenAI，他似乎每次都能夠將可能性“算”準確。
這也讓我曾數(shù)次誕生出一個想法——有生之年應該找Elon Musk算次命。
當然，無論電動車、自動駕駛，抑或是火星探索、地下交通，這些項目本身都是以人類進步為出發(fā)。即便想法的確都很“天馬行空”，但萬一實現(xiàn)了呢。
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