“星舰”获订单，火星包裹能否如期送达?

　　近日，SpaceX公司与意大利航天局签署“星舰”首份火星商业飞行合同，将使用“星舰”运送意大利航天局的实验装置前往火星。这是人类首次将商业货运服务延伸至地外行星，这场跨越上亿公里的星际合作，不仅承载着意大利的科研愿景，更成为检验商业航天技术成熟度的关键试验场。

　　“星舰”首单意义重大

　　这次任务将如同太空货运航班，专送货物和科学设备到火星表面，旨在于“星舰”从地球飞抵火星的6个月期间收集科学数据。意大利航天局准备的3种有效载荷，主要面向火星生存这一核心问题。

　　其中一个载荷是植物生长实验箱，用来测试在火星环境下作物能否成活，这对未来人类在火星种地非常关键。火星土壤与地球土壤的主要成分差异显著，植物生长实验箱可以模拟火星土壤与辐射环境，用于测试小麦、藜麦等作物的基因编辑品种在封闭生态系统中的生长周期与产量。

　　另一个载荷是辐射探测器，部署在“星舰”舱体表面与火星地表，可以实时监测宇宙射线强度与粒子成分。根据火星科学实验室的测量结果，估计经典地火转移轨道下的累积辐射，在不考虑太阳高能粒子辐射的情况下，在太阳活动极大年约为0.65希沃特，在太阳活动极小年期间为1.59希沃特。而航天员在空间站6个月累积的辐射剂量大概是0.08希沃特，一些国际航天机构规定，航天员的职业剂量上限为1希沃特。

　　参考这些标准，去一趟火星所摄入的辐射剂量对航天员来说确实是个不容忽视的风险。监测宇宙射线对生物和机器的伤害，将直接决定未来用于保障航天员健康的屏蔽材料选择。

　　要想成功着陆火星，“星舰”还面临重重挑战

　　还有一个载荷是气象监测站。其通过激光雷达与多光谱相机，捕捉火星尘暴的颗粒分布与电场变化，记录火星的风沙和气温变化，帮助预测能遮天蔽日的尘暴。火星上很少有风和日丽的景象，常常会遭到沙尘暴的侵袭。恶劣的天气条件会危及空间飞行器在火星表面着陆和持久生存。2018年，“洞察号”曾因尘暴覆盖太阳能板导致失联，此类数据对基地选址与能源系统设计至关重要。

　　此次任务如果能够按时顺利实施，将继续加强意大利在火星探索上的前排地位。在美国宇航局的洞察号任务和欧空局的“火星漫游车”上，都搭载了意大利制造的科学仪器。尤其是在火星漫游车项目中，意大利投入了近四成资金，但该计划延期近10年，最新计划发射时间是2028年。

　　对于SpaceX公司来说，这笔来自意大利的生意是“星舰”从测试台走向现金流的又一个转折点。只要后续“星舰”迭代顺利，火星货运跟进，国际订单或许会在2026～2028年这一窗口期实现井喷。

　　着陆火星前景不明

　　SpaceX公司赢得“星舰”首个火星商业订单，尽管代表了外界对“星舰”技术水平的高度认可，但要想将目前的“星舰”用于火星货运，还面临着重重障碍，前景并不明朗。

　　先说“星舰”自身。尽管“星舰”是目前人类历史上推力最强的运载器，还可完全复用，但它依然是为地球近地轨道发射任务而特化设计。为实现从地球近地轨道到火星的跨越，“星舰”还需实现在轨加注燃料，且燃料需求量很大，至少进行5次在轨加注才能满足要求。

　　然而，“星舰”今年开展的多次飞行测试并不顺利，尚未完成轨道发射以及超重型助推器和飞船双回收的任务。此外，为应对火星任务超长在轨时间引起的液氧、甲烷等低温推进剂大量蒸发损失问题，“星舰”还需要验证推进剂冷却设备的在轨冷却性能，并提供在轨电力能源供应所需的太阳能电池板。当然，两艘“星舰”在轨对接和转移推进剂，这一高难度动作也需要进行多次验证。

　　其次，“星舰”在飞往火星的漫漫征途中，与地球的距离可能高达上亿公里，通信距离遥远。而距离越远，不仅信号传输时间越长，更重要的是信号衰减也越剧烈。一般火星探测器上都需要装备一个巨大的抛物面天线，以提高发射、接收信号的增益水平。这一问题在“星舰”上如何解决，尚未看到确切方案。

　　最后就是着陆火星的“鬼门关”。火星上的大气十分稀薄，只有地球大气密度的1%，重力也仅达到地球的37%，“星舰”需要特别的气动外形设计，才能满足火星大气气动减速的要求。而“星舰”目前只是针对地球大气环境进行气动和防热设计，而且还未成功进行飞行试验，如何满足着陆火星的要求，不禁让人打上一个大大的问号。

　　难追明年发射窗口

　　从上述分析来看，安全着陆火星表面并不是一件容易的事情。依靠“星舰”这一专为返回地球而研制的运载器直接着陆于火星，其成功概率委实不大。何况目前“星舰”连可靠地再入返回都尚未做到。

　　实际上，意大利航天局虽然是“星舰”火星飞行服务的第一位客户，但它并不是“星舰”的首位客户。早在“星舰”还叫“大猎鹰火箭”的2018年，日本亿万富翁前泽友作就曾宣布要用它带自己和朋友们去环月飞行，并将飞行日期定在2023年。然而，“星舰”的研制进度不断延期，前泽友作于去年初宣布放弃这一计划。

　　目前还有另一位亿万富翁，也就是曾作为世界上第一位太空游客进入国际空间站的丹尼斯·蒂托，和妻子购买了未来“星舰”绕月飞行的两个座位。而“星舰”月球服务的最大客户是美国宇航局。

　　2021年，美国宇航局选择“星舰”作为阿尔忒弥斯计划的第一个载人着陆系统。在该计划中，航天员通过SLS火箭和猎户座飞船抵达月球轨道后，转移至“星舰”，接着“星舰”完成往返月球表面的旅程。美国宇航局第一次载人登月任务“阿尔忒弥斯-3”，计划于2026年9月实施。目前看来，这个计划按时实现的希望渺茫。

　　“星舰”最可靠的用途还是在地球轨道领域：SpaceX公司将使用“星舰”实现其星链星座卫星更大规模、更高频次的部署;先后两次乘载人龙飞船上天、差点当上美国宇航局局长的美国亿万富翁贾里德·艾萨克曼，购买了“星舰”的第一次载人地球轨道飞行服务;旅行者航天公司计划用“星舰”发射其商业空间站“星实验室”;瓦斯特公司希望未来用“星舰”发射其下一代多模块人造重力空间站。

　　马斯克显然也意识到，“星舰”难以满足在2026年窗口期开展火星任务的要求。最近马斯克在社交媒体上承认，如今只有很小的机会能够在2026年年底前发射前往火星的“星舰”。根据马斯克公布的最新时间表可以推算出，2028年将是SpaceX公司发射无人“星舰”前往火星最为现实的目标;载人前往火星则将在2030年进行，比最初的计划推迟了4年。

文章转载于：中国航天报·飞天科普周刊