NASA聯合SpaceX開發太空加油技術，是飛往火星關鍵難題

我們來談談在太空建“加油站”的事情。

近日，美國宇航局（NASA）宣布與 10 家私營公司達成 19 項合作，共同推進多種太空技術和實際運用，以支持後續的月球、火星，甚至是更遠的太空探索計劃。

其中， SpaceX 將會與馬歇爾太空飛行中心（Marshall Space Flight Center）、格倫研究中心（Glenn Research Center ）共同研究在地球軌道上對航天器加注燃料的技術，讓飛船有充足的的燃料飛往火星。

雖然 SpaceX 的 Starship 飛船目前還未研製成型，不過在現階段就圍繞飛船設計加油方案，無疑是一大利好消息。Starship 背後的重要工程師 Paul Wooster 也表示，在軌道上加注燃料對該公司來說，是實現火星願景的最大困難之一。

將大量的荷載送上地球軌道甚至更遠的月球、火星等，並不是一件簡單的事情。由於地球引力巨大，航天器在飛出地球階段就要耗費大量的燃料，而為了帶更多的東西前往火星，其中一種方式是：將一艘 Starship 送至低地球軌道，飛船在地球軌道上將“油箱”再次加滿，以載著所有的載荷飛往火星。

圖|太空加油站概念圖（來源: NASA ）

由於荷載眾多，路途遙遠且複雜。最終飛向火星的飛船可能需要在軌道上補充上百噸的燃料，包括液氧和甲烷。公司預估，將這些燃料從地面送上地球軌道就需要 5 艘 Starship 飛船。在實現這一方案的過程中，在地球軌道上進行“空中加油”的技術屬於必不可少的一環。

不過，這種做法並不僅僅能夠用於火星之旅。曾任 NASA 首席技術專家的 Bobby Braun 表示，人類要進行長足的深空探索，還有一系列的前沿技術需要突破，而在太空加油就是其中的一個關鍵技術。

不過這一做法目前還沒有先例，需要不斷摸索和驗證。

由於太空環境極為特殊，對航天器燃料的儲存要求非常苛刻，要進轉移也是困難重重。比如燃料可能在太空環境中直接沸騰，燃料箱裡的氫原子甚至可以直接穿過燃料箱造成洩露等等。

圖|火星之旅方案圖（來源: SpaceX ）

NASA 此前就在這方面進行了大量的研究，不過這項技術仍存在挑戰。在拉上了 SpaceX 、馬歇爾太空飛行中心、格倫研究中心後，多方的合作可能會讓這項史無前例的技術得到更好的發展。

Braun 認為，馬歇爾太空飛行中心、格倫研究中心的人員在這方面非常有天賦，同時 SpaceX 對自家開發的 Starship 的性能和需求最為了解，分工明確的合作將能夠取得更好的成果。

值得一提是， NASA 牽頭的這項合作也被視為是對在軌加油方案以及 Starship 飛船的認可。

圖|Starship 概念圖（來源:SpaceX ）

早在 2010 年左右，當時的奧巴馬政府更傾向於資助私人航天企業，並制定了相關的計劃支持新的太空技術，這個“太空加油”便是其中之一。不過這一做法在當時也存在著不小的爭議。

當時美國的太空梭已臨近退役，國會希望 NASA 能繼續造大火箭，也就是如今的空間發射系統（Space Launch System，簡稱“SLS”火箭）。

最終，國會的意見佔據了上風， NASA 打造 SLS 重型火箭。NASA 官員當時曾表示，從技術角度看，在軌加油還未迎來最好的發展階段，集中資源專心開發重型火箭更加吸引人。

但在軌加油和 SLS 火箭背後又存在微妙的競爭關係，若前者被證明是一個可行、可靠的方案，那麽這項技術將允許 NASA 在深空探索任務中選擇更小、更便宜的運載火箭，這對 SLS 火箭來說是一個潛在的威脅。

加之當時有一部分 NASA 官員尚對 SpaceX 火箭持不信任態度，軌道加油技術在一定程度上受到了打壓。

後來的故事大家都知道了， SpaceX 的獵鷹 9 火箭已經成功發射數十次，證明了其可靠性，而一直備受質疑的重型獵鷹也在過去的一年半時間裡三次發射成功。

反觀曾被寄予厚望的 SLS 火箭，自 2011 年以來， NASA 已經花費了超過 140 億美元用於 SLS 火箭相關的研發，但到目前為止，這款火箭依然未能達到發射的標準，首飛時間已經從最初計劃的 2017 年推遲到了 2021 年，超時的同時也造成了研發費用超支。

如今川普政府已經提出了新一輪的月球計劃Artemis ，旨在 2024 年登上月球，但火箭研製的進展不順會直接拖累登月計劃的進行。

SLS 火箭的一拖再拖，也讓 NASA 對私營火箭公司的火箭松開了口，如今開展這項空中加油的研究也被認為是 NASA 正在更加認真地對待軌道加油這一方案，同時也是對 Starship 的首次認可。

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