月球电梯,能帮马斯克的星舰干掉贝索斯吗?
2021-03-15 09:24

月球电梯,能帮马斯克的星舰干掉贝索斯吗?

本文来自微信公众号:果壳(ID:Guokr42),作者:光诸,编辑:朱步冲,头图来自:视觉中国


近日,定期要搞大新闻的埃隆·马斯克团队宣布,SpaceX团队正在研制“月球电梯”。猛一听,大家第一反应是,莫非这位科技狂人想让我们坐电梯上月球?但仔细一看,原来是SpaceX公司正在研制为宇航员从登月舱下到月球表面的电梯。听起来让人有点“不过如此“的感觉,但事实果真如此吗?


重返月球,时间紧迫


众所周知,再宏伟的目标,最终也是要拆分成一个个具体细致的技术解决方案事实才能完成的,太空探索尤其如此。这个“月球电梯”是马斯克和SpaceX团队为竞争NASA的月神(Artemis)计划中的“登月舱”而设计的,其重要性和复杂度远比字面名称要“高大上”得多。


月神计划想象图,描绘了登陆后在月球表面展开勘测工作的宇航员 | nasa.gov


月神计划,是NASA正在进行中的一项国际合作空间探索计划。该计划以希腊神话中月亮女神阿尔忒弥斯命名,目标是重返月球并建立长期科研点,为最终登陆火星做准备。根据计划,首次发射将把一男一女两名航天员送至月球,这也将是女性第一次登陆外星球。原定登月时间,被敲定在2024年,不过由于NASA预算案的“卡脖子”和月球轨道服务仓研发的滞后,很可能向后延期。


登月舱,是计划的关键环节之一。NASA对登月舱的要求是:使用21世纪的技术探索更广阔的月面。之后持续进行的实验任务,同时要求配备能多次使用的月球轨道服务舱(gateway),其性能应包括为同样能多次使用的登月舱补充燃料等等。


3家竞标公司NASA登月舱项目的设计图,从左到右分别为动力系统公司,蓝色起源与SpaceX | teslarati.com


2020年4月30日,NASA在它的官网上宣布,已经选定了三个团队参与竞标。这三个团队是亚马逊掌门人贝索斯的蓝色起源(Blue Origin)、动力系统公司(Dynetics),以及马斯克的SpaceX。根据 NASA官网消息,该项目的开标时间初定为4月。


迫不得已造电梯


在三个竞标企业中,马斯克SpaceX的星舰,由于整体技术构思非常新锐,所以风险性是三个方案中最大的。毕竟,别家的方案都是登月舱,借助目前现有的商业火箭或者NASA的SLS重型火箭即可送往月球,而SpaceX的星舰实在太大,只能靠他们自己还没研制出来的超级重型火箭发射升空,然后直接飞到月球上着陆。别的不说,SpaceX“星舰”的出舱口就明显离地面(月面)高得多,如果还是采取传统的可收放梯子,宇航员要上下8~10米长的梯子,不但太费劲,而且颇为危险。


星舰着陆月球想象图, 出舱口距离地面的高度确实需要一部电梯 | teslarati.com


退一万步说,即使宇航员任劳任怨,一趟趟地爬上爬下,那么登月时需要携带沉重的设备要怎么办?有人说直接往下扔!例如1997年携带旅居者号火星车登陆火星的探路者号着陆器,就是装在气袋里直接扔到火星表面的。但是,扔下去之后,要是想再拿上来怎么办?按照马斯克的计划,星舰在未来,将承担更复杂的外星球勘测,甚至基地建设任务,还是需要一个既能载人、又能载货的电梯。


动力系统公司(Dynetics)近日公布的登月舱全尺寸模型 | dynetics.com


从去年上半年开始,参与竞标的三个团队,都已经陆续放出了登月舱的着陆设备草图。从公布的图像看,只有SpaceX公司做出了“月球电梯”的模型。而其他两家,则由于登月舱底部距离地面很近,只采用了传统的可收放式梯子。


所以,如果SpaceX真的在“星船”登月舱上装了电梯,也将创造人类历史上的一个“第一次”:毕竟从阿波罗登月舱到今天大气层里的各种飞行器,没有一种是自带电梯供乘员上下的。


那么马斯克这部“月球电梯”是个什么样子?现在只能通过公开披露的有限资料,做简单的推测。


建筑工地用电梯 | construction-elevator.com


首先,鉴于舱内空间有限,所以这个电梯一定既要结实,又要重量轻,还必须能折叠。所以“月球电梯”肯定不是我们日常在建筑大楼中搭乘的电梯:建筑物电梯必须在一个井状建筑结构里运行,而且有一个和电梯厢升降方向相反的配重存在,结构过于沉重和复杂。


月球电梯构造想象图 | teslarati.com


从星舰的效果图上看,“月球电梯”就是用电动卷扬机,升降一个简单的栏筐。一般来说,现有的航空飞行器,比如直升机,是用绳索提升装置来移动栏筐的,技术成熟,简单可靠。但是,这样的设计有一个问题:如果外面有风,或者地面有振动,那么可能会出现栏筐晃动,甚至撞击飞行器机体的险情。这在没有大气层的月球上不是个大问题,但如果到了火星,就会对飞船本身的构造和宇航员的安全造成严重威胁了。


所以,能够在火星表面正常运行的电梯,更可能是我们在建筑工地上经常看到的那种齿轮齿条式升降梯。在这种设计中,电动机和齿轮被安装在栏筐上,齿轮和垂直导轨上的齿条咬合,齿轮转动带动栏筐升降。从SpaceX公布的想象图上,可以看出“月球电梯”可能是这种齿轮齿条结构。如果真是这样,它的设计难度真的不低:比货舱还要长的导轨,肯定要折叠运输,怎么折叠,怎么展开,怎么固定?栏筐如何“走”出货舱,固定在导轨上?作为“吃瓜群众”,相信已经迫不及待要看马斯克“变戏法”了。


甲方挑眼乙方赔笑


虽然SpaceX有“买登月舱送电梯”的优惠活动,但它的方案毕竟是风险最大的,所以它只从甲方NASA那里拿到了1.35亿美元的开发经费。相比之下,Dynetics拿到了2.50亿,而蓝色起源则拿到了5.70亿。


星舰10号爆炸现场 | space.com


明眼人都看得出,NASA和SpaceX并不同于普通的甲方和乙方。SpaceX成立的初衷就是要以比NASA低多得的成本实现太空旅行,两者一直在暗中较劲,再加上竞标者中还有一个和NASA关系特好的蓝色起源,SpaceX的处境确实微妙。毕竟SN-8和SN-9、SN-10三次试飞,均以失败告终,从而必然导致NASA对SpaceX信心不足。同时,登月舱竞标的其他两家企业,也已经向NASA提交了登月舱的全尺寸模型,并且表示,自己的登月舱可以通过成熟的商业火箭或者NASA的SLS火箭送到环月轨道,技术思路虽然陈旧,但可靠性相对高。


未来两个月,对于马斯克和SpaceX,是决定性的事件节点 | wikimedia.org


所以说,马斯克最近火烧火燎地用前所未有的速度推进星舰11试射,其背后的苦衷也就可以理解了。毕竟,星舰的整体设计思路已经把SpaceX限制得死死的:自家高达50米,重达百吨的星舰将指挥舱,登月舱整合于一体,无法拆分,接受任何外来成熟技术的“助拳”,只能拼命内部加压:争取边发射边技术迭代,争取至少用一次成功的着陆,来作为喂给NASA和其他投资方的“定心丸”。而这部“月球电梯”,也算是这颗定心丸里的一味辅料。


本文来自微信公众号:果壳(ID:Guokr42),作者:光诸,编辑:朱步冲

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