100萬人將永遠離開地球，兩年後開始，能剩下多少全靠運氣
出品：科普中國
製作：川陀太空
監製：中國科學院電腦網路資訊中心
SpaceX在2018年的第一次發射已經結束，發射了一顆名為Zuma的軍方載荷，有消息稱這個載荷沒有進入軌道。但關於這個載荷，
在過去的2017年，SpaceX公司全年發射18次，而美國本土發射中次數才29次，可以說正是有了SpaceX的崛起，美國本土的發射次數才有了如此巨大的飛躍。
圖1. SpaceX憑藉獵鷹系列火箭開啟了私人航太發射時代
第二名俄羅斯為20次，中國18次，歐洲9次。SpaceX有了2017年輝煌的成就當然不是一蹴而就的，正如那句話，幸福的生活是靠雙手創造出來的，SpaceX作為航太類高新科技製造業，摸爬滾打了15年左右的時間，
圖2. 在回收獵鷹9號第一級發動機嘗試中摔掉了4枚火箭
圖3.獵鷹9號第一級返回，三個著落支架打開
圖4.成功降落海上移動平臺
SpaceX帶動了整個美國私人航太企業的發展，
以往的航太發射都是國家層面幹的事，比如美國宇航局、美國發射聯盟、歐洲空間局、俄羅斯聯邦航天局等。如今連私人公司都在造火箭，說明這些技術已經變成了民間“路邊貨”，那更不用說民用航空了，比如賣的比較火的塞斯納172螺旋槳飛機，
SpaceX公司的出現就是在這樣的背景下，民用通航高度發達，一名叫馬斯克的混血兒成立了SpaceX公司，主要業務就是航太製造和太空運輸服務。
這裡順便說一下，在國內售價100多萬人民幣的特斯拉電動汽車也是馬斯克的產業，但創辦者不是馬斯克，2004年，馬斯克在特斯拉汽車A輪融資中變成了最大股東，換句話說，就是把特斯拉給吃了下來，這時候距離特斯拉汽車成立還不到兩年的時間。
從特斯拉電動汽車的發展思路看，馬斯克是一個高新科技製造業拓荒式人物，電動汽車目前高端品牌就是特斯拉，顛覆了傳統汽車行業，如今他準備將這場暴風雨席捲到航太領域，將高高在上的航太發射變成平民也能體驗到的服務。
2000年之後，世界上能夠進入太空遊玩的人真是屈指可數，而且都是非富即貴，上天一次要至少2000萬美元。SpaceX就決定讓這個價格降低到20萬美元，但不是前往300公里高度的空間站，而是前往火星。
圖5.SpaceX租用了39A發射工位
許多人都認為SpaceX是在畫餅給全世界看，2008年獵鷹1號研發成功，2010年獵鷹9號1.0版本首次發射，近地軌道運載能力9噸，基本上滿足了常規發射的需求。獵鷹9號FT出現之後，22噸的運載能力已經達到阿麗亞娜ES、宇宙神5、德爾塔-4這一級別的水準，可以說只要美軍方願意，就可以把訂單從聯合發射聯盟轉移到SpaceX執行。
圖6.獵鷹重型採用了三個獵鷹9號第一級
事實上也是如此，SpaceX在獲得美國宇航局十幾億美元貨運合同之後，也拿下了美軍方的衛星發射合同。隨著獵鷹9號第一級在2015年成功實現陸地回收，2016年實現第一次海上平臺回收，並用回收的火箭執行第二次發射。
按照SpaceX的估計，獵鷹9號的發射單價有望從5000至6000萬美元一次，降低到3000多萬美元一次，如果第二級實現可重複使用，那麼發射單價可控制在數百萬美元。本來發射一次的費用，現在夠發射近7至10次，顯然可以大大提高向近地軌道運輸貨物的能力。在獵鷹9號之後，SpaceX也設計研發了重型獵鷹火箭，近地軌道運載能力為63噸，前往火星的運載能力為16.8噸。
向火星進軍重型獵鷹火箭在2018年元旦之後已經準備發射，SpaceX的真正野心這才曝光。之前花了十幾年的時間投資特斯拉電動車、研製蚱蜢火箭、獵鷹9號火箭等，都是為了推出重型獵鷹做準備。因為SpaceX公司的建立目標是太空運輸服務，而不是去搶佔發射市場的訂單、建立空間站、登月之類的。
這裡順便說一些，現在登月的意義已經不大，第一個名已經出現，那麼再登月的目的是什麼？阿波羅11號成功登月之後，蘇聯人就基本上削減了月球方向的探索開支，因為完全沒有意義了。如今登月也不是為了開採礦物，因為這方面的技術還沒有成熟，還不能形成產業化。從這幾個角度看，登月是為了什麼？所以阿波羅計畫成功之後，人類再也沒有登月，只是探月還在進行中。
圖7. 星際運輸系統
下一個里程碑就是登陸火星，火星可不同於登月，最大的問題就是距離太遠。登月飛行不過兩三天的時間，而前往火星則是大半年。SpaceX公司為此準備了重型獵鷹火箭和龍式飛船，在2016年的國際宇航大會上，SpaceX公佈了火星殖民計畫，2017年6月，馬斯克再次細化了殖民火星該如何進行。
殖民火星的關鍵要有一個可靠的星際運輸系統，SpaceX將在獵鷹火箭成熟的技術上繼續開發Raptor發動機，推力是獵鷹火箭梅林發動機的三倍，一個星際運輸系統將搭載42台Raptor發動機。多發動機並聯模式目前鮮有成功案例，如果重型獵鷹能夠成功，那麼該技術將用於星際運輸系統，能夠將300噸的貨物運輸到近地軌道。
需要注意的是，星際運輸系統不是在軌道上組裝，而是從地面上進行發射，在軌道上補給燃料後前往火星。同時在火星軌道上建立補給點，再次加注燃料後返回地球。SpaceX估計部署1000套星際運輸系統，每艘飛船執行10至15次地火飛行，每次運輸100人，可至少轉移100萬人。
圖8.星際運輸系統動力系統部分示意圖
從殖民的定義上看，這100萬人將永遠離開地球，成為火星第一代人類殖民者。這個計畫的前期準備已經開始落實，2020將發射一個無人火星探測器進行技術驗證，也就是說，星際移民的計畫兩年後就算正式進入工程驗證階段，大約在2028年至2030年，開始進入工程實施階段，比如打造安裝Raptor發動機的星際運輸系統各分系統等。那麼，第一批火星殖民者是否能夠安全在火星上駐紮，目前連馬斯克都沒給出肯定的答案，馬斯克也認為火星殖民風險很大，而且很大概率會失敗。
圖9.馬斯克描述登陸火星的計畫
圖10.除了SpaceX，我們還可以看到更高、更強大的新葛籣火箭，本世紀的私人航太可不一般
這樣講話就比較符合客觀事實，把最壞的結果考慮到，雖然這樣的話不耐聽，還沒有開始就開始談失敗，但這是對墨菲定律的最有利規避。殖民火星除了星際運輸系統之外，還需要考慮棲息地建造、補給等物質上的問題，而且人類的精神、心理層面上的問題也需要極早介入。在封閉空間內心理上的變化是趨於消極的，沒有人會喜歡被關在一個小黑屋裡長達幾個月，火星殖民地如果擁有100萬人，這個社會的維持和運行更是一個大難題，至於能夠剩下多少人，那就全靠運氣了。有些事科學技術能夠解決，但有些卻需要交給概率。
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在國內售價100多萬人民幣的特斯拉電動汽車也是馬斯克的產業，但創辦者不是馬斯克，2004年，馬斯克在特斯拉汽車A輪融資中變成了最大股東，換句話說，就是把特斯拉給吃了下來，這時候距離特斯拉汽車成立還不到兩年的時間。從特斯拉電動汽車的發展思路看，馬斯克是一個高新科技製造業拓荒式人物，電動汽車目前高端品牌就是特斯拉，顛覆了傳統汽車行業，如今他準備將這場暴風雨席捲到航太領域，將高高在上的航太發射變成平民也能體驗到的服務。
2000年之後，世界上能夠進入太空遊玩的人真是屈指可數，而且都是非富即貴，上天一次要至少2000萬美元。SpaceX就決定讓這個價格降低到20萬美元，但不是前往300公里高度的空間站，而是前往火星。
圖5.SpaceX租用了39A發射工位
許多人都認為SpaceX是在畫餅給全世界看，2008年獵鷹1號研發成功，2010年獵鷹9號1.0版本首次發射，近地軌道運載能力9噸，基本上滿足了常規發射的需求。獵鷹9號FT出現之後，22噸的運載能力已經達到阿麗亞娜ES、宇宙神5、德爾塔-4這一級別的水準，可以說只要美軍方願意，就可以把訂單從聯合發射聯盟轉移到SpaceX執行。
圖6.獵鷹重型採用了三個獵鷹9號第一級
事實上也是如此，SpaceX在獲得美國宇航局十幾億美元貨運合同之後，也拿下了美軍方的衛星發射合同。隨著獵鷹9號第一級在2015年成功實現陸地回收，2016年實現第一次海上平臺回收，並用回收的火箭執行第二次發射。
按照SpaceX的估計，獵鷹9號的發射單價有望從5000至6000萬美元一次，降低到3000多萬美元一次，如果第二級實現可重複使用，那麼發射單價可控制在數百萬美元。本來發射一次的費用，現在夠發射近7至10次，顯然可以大大提高向近地軌道運輸貨物的能力。在獵鷹9號之後，SpaceX也設計研發了重型獵鷹火箭，近地軌道運載能力為63噸，前往火星的運載能力為16.8噸。
向火星進軍重型獵鷹火箭在2018年元旦之後已經準備發射，SpaceX的真正野心這才曝光。之前花了十幾年的時間投資特斯拉電動車、研製蚱蜢火箭、獵鷹9號火箭等，都是為了推出重型獵鷹做準備。因為SpaceX公司的建立目標是太空運輸服務，而不是去搶佔發射市場的訂單、建立空間站、登月之類的。
這裡順便說一些，現在登月的意義已經不大，第一個名已經出現，那麼再登月的目的是什麼？阿波羅11號成功登月之後，蘇聯人就基本上削減了月球方向的探索開支，因為完全沒有意義了。如今登月也不是為了開採礦物，因為這方面的技術還沒有成熟，還不能形成產業化。從這幾個角度看，登月是為了什麼？所以阿波羅計畫成功之後，人類再也沒有登月，只是探月還在進行中。
圖7. 星際運輸系統
下一個里程碑就是登陸火星，火星可不同於登月，最大的問題就是距離太遠。登月飛行不過兩三天的時間，而前往火星則是大半年。SpaceX公司為此準備了重型獵鷹火箭和龍式飛船，在2016年的國際宇航大會上，SpaceX公佈了火星殖民計畫，2017年6月，馬斯克再次細化了殖民火星該如何進行。
殖民火星的關鍵要有一個可靠的星際運輸系統，SpaceX將在獵鷹火箭成熟的技術上繼續開發Raptor發動機，推力是獵鷹火箭梅林發動機的三倍，一個星際運輸系統將搭載42台Raptor發動機。多發動機並聯模式目前鮮有成功案例，如果重型獵鷹能夠成功，那麼該技術將用於星際運輸系統，能夠將300噸的貨物運輸到近地軌道。
需要注意的是，星際運輸系統不是在軌道上組裝，而是從地面上進行發射，在軌道上補給燃料後前往火星。同時在火星軌道上建立補給點，再次加注燃料後返回地球。SpaceX估計部署1000套星際運輸系統，每艘飛船執行10至15次地火飛行，每次運輸100人，可至少轉移100萬人。
圖8.星際運輸系統動力系統部分示意圖
從殖民的定義上看，這100萬人將永遠離開地球，成為火星第一代人類殖民者。這個計畫的前期準備已經開始落實，2020將發射一個無人火星探測器進行技術驗證，也就是說，星際移民的計畫兩年後就算正式進入工程驗證階段，大約在2028年至2030年，開始進入工程實施階段，比如打造安裝Raptor發動機的星際運輸系統各分系統等。那麼，第一批火星殖民者是否能夠安全在火星上駐紮，目前連馬斯克都沒給出肯定的答案，馬斯克也認為火星殖民風險很大，而且很大概率會失敗。
圖9.馬斯克描述登陸火星的計畫
圖10.除了SpaceX，我們還可以看到更高、更強大的新葛籣火箭，本世紀的私人航太可不一般
這樣講話就比較符合客觀事實，把最壞的結果考慮到，雖然這樣的話不耐聽，還沒有開始就開始談失敗，但這是對墨菲定律的最有利規避。殖民火星除了星際運輸系統之外，還需要考慮棲息地建造、補給等物質上的問題，而且人類的精神、心理層面上的問題也需要極早介入。在封閉空間內心理上的變化是趨於消極的，沒有人會喜歡被關在一個小黑屋裡長達幾個月，火星殖民地如果擁有100萬人，這個社會的維持和運行更是一個大難題，至於能夠剩下多少人，那就全靠運氣了。有些事科學技術能夠解決，但有些卻需要交給概率。
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