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SpaceX首次發射二手重型火箭 搭載有152位逝者骨灰樣本

騰訊科技 喬輝/文

台灣時間2019年6月25日14點30分左右,美國SpaceX公司的重型獵鷹火箭發射升空,發射地點位於佛羅裡達州卡納維拉爾角的肯尼迪航天中心,發射工位依然是著名的LC-39A。二級火箭已成功進入地球軌道,接下來將對衛星進行慢慢部署。但芯級火箭回收失敗,發生爆炸。

這是重型獵鷹火箭的第三次發射,也是首次當地夜間發射,還是首次利用二手助推火箭的發射(中間的芯級火箭是新的)。

重型獵鷹運載火箭高70米,近地軌道的載荷能力達到64噸,地球同步轉移軌道運載能力為26噸,火星轉移軌道的運載能力為16噸,是目前現役的運載能力最強大的火箭。

本次發射任務代號為STP-2。火箭載荷為24顆衛星,總重量大約3.7噸,它們來自於美國空軍、NASA以及美國行星協會等。利用二級火箭的多次點火,這些載荷會被部署到三個不同高度的軌道上,這也是本次發射的難點所在,預計該過程要耗時6個小時之久。

其中比較引人注意的載荷為:“光帆二號”實驗衛星、深空原子鍾實驗衛星、測試綠色無毒新型推進劑的實驗以及盛放有152位逝者骨灰樣本的骨灰盒,下面文章會對本次發射的這些看點進行一一詳解,請繼續耐心往下看。

由於網友對太空殯葬的話題較感興趣,我把這個載荷提前到前面來講。文章二級標題如下:

二手重型獵鷹火箭;152個人的太空殯葬;陽光驅動的“太空風箏”;更精確的深空原子鍾;綠色無毒新型推進劑的實驗;重型獵鷹火箭發射簡史;

二手重型獵鷹火箭

從此前白天公布的照片上看,本次使用的重型獵鷹兩側的助推火箭有明顯的燒蝕痕跡,有網友調侃說是“煙熏妝”。其實,這兩枚助推火箭是今年4月12日第二次重型獵鷹發射時用過的。

SpaceX為了節約成本,沒有完全重新塗裝,但這並不影響正常飛行。中心的一級火箭和二級火箭都是全新的。因此,嚴格來講是不完全的“二手火箭”。

大家是否還記得第二次發射重型獵鷹時,除了兩枚助推火箭成功回收外,中心的一級火箭也成功回收了。但遺憾的是,中心的一級火箭在後來運輸的過程中不慎掉海裡了,可謂是陰溝裡翻船,並且損毀比較嚴重。如果不是這個意外,說不定中心的一級火箭也複用呢。

具體查證發現,助推火箭的編號分為:B1052.2和B1053.2,中心一級火箭的編號為:B1057.1。由於每枚火箭都有一個獨立編號,小數點後的數字代表使用次數,因此,這些編號就透露了歷史使用情況。

152個人的太空殯葬

本次發射搭載有一顆軌道試驗平台的衛星,太空骨灰盒和深空原子鍾都安放在上面。骨灰盒中盛放有152個人的骨灰膠囊。

這次太空墓葬是一個名為Celestis Memorial Spaceflights的美國公司與SpaceX公司的合作項目。Celestis公司購買發射倉位,然後再進行售賣。

根據規定,家屬可選擇1克至7克的搭載重量,每克接近5000美元(大約3.4萬人民幣)。

實際上,大部分家屬都選擇了1克的搭載重量。其中有一個骨灰膠囊裡包含了2個人的1克骨灰,還有一個膠囊中包含了7克骨灰。膠囊上面還可以刻上墓志銘,例如,有的刻著“Get to the Stars!”,借助一句李白的唐詩,可以翻譯為“手可摘星辰”。

Celestis是歷史悠久的太空殯葬公司,通過購買各種火箭發射的載荷進行此項服務,甚至包括探空火箭,亞軌道火箭等。當然,利用探空火箭和亞軌道火箭發射,只能在太空停留很短的時間,然後落回地面,估計價格也會便宜得多。

1997年,Celestis公司通過“飛馬”空射火箭首次把諸多科學家的骨灰送入了地球軌道。

1998年,借助美國向月球發射“月球勘測者”探測器的機會,該公司把著名天文學家蘇梅克(Eugene Merle Shoemake)的骨灰送入了月球軌道。探測器任務結束後,一起硬著陸在月球南極附近。

蘇梅克就是最早發現1994年撞擊木星的那顆彗星的人。因此,那顆彗星也被命名為“蘇梅克-列維”彗星。

2008年,Celestis公司曾經和SpaceX合作過一回。那次使用的是SpaceX早期的“獵鷹1號”火箭,遺憾的是未能進入地球軌道。

2012年,Celestis公司再次與SpaceX合作,使用的是“獵鷹9”火箭,那次成功把一位宇航員和一位《星際爭霸戰》演員的骨灰送入地球軌道。那次總共搭載了308個人的骨灰,每人1克。

除了蘇梅克的骨灰達到了月球之外,圍繞地球轉的這些骨灰,由於軌道高度不是太高,最終都會重新墜入大氣層燒毀。

但有一個人的骨灰比蘇梅克走得更遠,那就是冥王星的發現者,著名天文學家湯博。

湯博1930年首次用望遠鏡發現了冥王星的存在,轟動了全世界。2006年,“新視野”冥王星探測器發射升空,上面搭載了湯博的骨灰。2015年,新視野飛掠了冥王星,現在還在繼續航行,最終會逃脫太陽的引力,真正進入星際空間。因此,這才是真正的“Get to the Stars!”。

光驅動的“太空風箏”

“光帆二號”(LightSail2)實驗裝置隸屬於行星協會,該機構是一個全球性的非營利組織,最早是由著名的行星科學家卡爾·薩根(Carl Sagan)等人創立的,光帆的創意也是卡爾·薩根提出的。

光帆二號像一個巨大的風箏,展開後面積為32平方米,中心是一顆3U的立方星(10厘米X10厘米x30厘米)。

驅動這個風箏前進的動力不是風,而是太陽的光壓。太陽光有壓力嗎?當然有!既然有,我們為什麽沒感覺到呢?這是因為光的壓力通常很小,日常無法察覺的緣故。

在地球附近,一個完全反光的物體,每平方米承受的光壓為9個微牛,順手估算了一下,大致相當於一隻非常瘦小蚊子的重力。

光有壓力這個事實其實也容易理解:光具有波粒二象性,在某些情況下,可看作由一顆顆光子組成的,具有動量。當光子被吸收或反射時,就會把動量傳遞給物體,給物體一個作用力。為了得到最大推力,物體的反光能力越大越好。

因此,既然光的壓力如此小,光帆的質量就要很輕;既然光帆表面反光能力越大越好,薄如蟬翼的聚合物光帆表面還要鍍一層反光極佳的材料。

著名投資人尤裡·米爾納提出的“攝星計劃”,也是設想利用光的壓力驅動光帆超高速飛往比鄰星的。當然,他的計劃是利用大功率雷射,而非太陽光,但道理一樣。

其實,本次這個光帆二號已經是美國行星協會的第三個“太陽光帆”了,前兩個分別為2005年發射的“宇宙一號”和2015年發射的“光帆一號”。

2005年6月21日,一艘遊弋在巴倫支海的戰略導彈核潛艇“鮑裡索格列布斯克”號利用導彈改裝的“波浪號”運載火箭把光帆一號發射升空,但由於火箭發動機提前關機,導致載荷未能入軌,最終跌入了大海!作者對當時這個新聞事件記憶猶新。

2015年5月20日,在美國佛羅裡達卡納維拉爾角空軍基地,“光帆一號”搭乘“宇宙神五”火箭進入地球軌道。但隨後出現了一系列的故障,還曾一度失去聯繫信號,也未能及時打開太陽能帆板和展開太陽帆。一直到6月7日,才勉強展開了太陽帆。6月10日,行星協會宣布任務成功。6月14日光帆進入大氣層任務結束。這是由於在光帆一號所在的軌道高度,稀薄空氣的阻力大於太陽光產生的推動力,墜入大氣層是不可避免的。

除了美國行星協會外,NASA和日本航天機構(JAXA)也研發過太陽光帆。

NASA研發的兩個光帆的名字分別為“納米帆D”和“納米帆D2”,前者發射失敗,墜入大海,後者成功進入了地球軌道並成功開展了科學實驗。

日本研發的太陽帆名字為“伊卡洛斯”號。2010年5月20日,在種子島航天中心伴隨金星探測器“拂曉”號順利升空。伊卡洛斯太陽帆成功進入了繞太陽飛行的軌道,還成為第一個在行星際空間驗證太陽光帆技術的飛行器。

“伊卡洛斯”號除了對光帆進行技術驗證之外,還利用攜帶的伽馬射線暴探測器,對伽馬射線偏振進行了探測,對物理定律中的CPT對稱破缺給出了更嚴格的限制,比此前方法的精度提高了8個數量級。

P(宇稱)的對稱破缺(不守恆)讓楊振寧和李政道獲得了諾貝爾物理獎。但到目前為止,CPT聯合操作,還沒有發現破缺的跡象。

到目前為止,“伊卡洛斯”號是唯一進入行星際空間的太陽光帆。

更精確的深空原子鍾

上面我們提到,深空原子鍾和太空骨灰盒共同安放在同一個衛星平台上。這個深空原子鍾是NASA在太空測試的一種走時更精確的原子鍾。

我們知道,目前原子鍾是最精確的計時裝置。其中,銫原子鍾最出名,它是通過數銫原子中的電子在兩個超精細能級之間的躍遷次數來實現的。同樣,本次測試的汞原子鍾也是利用了相似的原理。

地面上的原子鍾走時精度達到了驚人的程度,但由於受環境的影響,衛星上用的原子鍾還沒達到地面原子鍾的程度。本次測試的深空原子鍾要比GPS上使用的原子鍾精確50倍,要達到1000萬年才產生1秒誤差的程度。

目前,深空探測器還非常依賴地面進行導航,通過地面發射和返回的信號進行空間定位。今後有了走時更精確的深空原子鍾,深空探測器以及未來的載人深空飛行都能夠進行自主定位,擺脫對地面的實時依賴。

綠色無毒新型推進劑的實驗

在太空,衛星的變軌或姿態控制都需要推進器提供推力。目前,使用最多的是肼,又稱聯氨。肼在催化劑的作用下,自身就會發生化學反應,劇烈產生氣體,氣體從噴管噴出產生推力。但肼是有毒的,目前想測試一種更加綠色、對人無害的推進劑。這種推進劑的化學名字叫“羥銨硝酸鹽”,是一種離子液體。

由於這種新型推進器沒有毒性,能加快衛星的前期地面準備工作。除此之外,它的密度比肼大45%,同樣體積的燃料箱可以存儲更多的燃料;冰點也比肼更低,使用更少的電能去保溫。

簡單來講,這種綠色推進劑的好處是:環境友好;簡化發射前準備工作;使用時間更長以及增加有效載荷。

重型獵鷹火箭發射簡史

2018年2月6日,SpaceX公司首次發射重型獵鷹火箭,把特斯拉公司生產的一輛紅色跑車送出了地球,成為繞太陽運行的一顆汽車衛星。

2018年4月12日,重型獵鷹把Arabsat公司的一顆6噸重的通信衛星成功送入軌道,該衛星是用來給中東和北非地區提供電視、網絡和手機信號服務。

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