SpaceX公司星艦前往土星系統(tǒng)的想象圖
（神秘的地球uux.cn報道）據(jù)cnBeta：詹妮弗·赫德曼盯著桌上的電腦屏幕，觀看一枚火箭的科學上面級撞上月球南極附近的一個隕石坑。以科學的家前青島李滄上門資源提供全國外圍女上門1662+044-1662提供全國外圍女上門.名義，這塊2.3噸重的達外鋼鐵在撞擊月球時的沖擊力相當于2噸TNT炸藥。
那是太陽2009年10月，赫德曼在美國國家航空航天局（NASA）艾姆斯研究中心的行星想過系科學操控中心追蹤了這次撞擊。作為一名33歲的科學行星科學家，這是家前她為NASA執(zhí)行第一個重大任務(wù)，主要負責協(xié)調(diào)地面望遠鏡對撞擊進行觀測。達外
NASA試圖通過“月球坑觀測和傳感衛(wèi)星”（LCROSS）任務(wù)“觸及月球上的太陽冰”。20世紀60年代和70年代初，行星想過系阿波羅號飛船登上了月球，科學然后發(fā)現(xiàn)這是家前一個灰色、貧瘠的達外世界。但后來，太陽科學家們開始相信，在月球兩極的隕石坑邊緣下方，有一些水冰就存在于永久陰暗的月壤中，這是數(shù)十億年來彗星撞擊的殘留物。半人馬座火箭的任務(wù)目標就是撞擊其中一個隕石坑，驗證科學家們的猜想是否正確。
在仔細研究了撞擊數(shù)據(jù)后，NASA宣布，半人馬座火箭撞擊所激起的物質(zhì)羽流中確實發(fā)現(xiàn)了水，以及月球巖石在受到撞擊時噴出的物質(zhì)。
對詹妮弗·赫德曼來說，這是她職業(yè)生涯的關(guān)鍵時刻之一。這段經(jīng)歷堅定了她對行星科學的興趣，特別是追蹤其他星球上的水。“這項任務(wù)的結(jié)果有著如此深遠的影響，實在令人驚訝，”她說道。
在月球上發(fā)現(xiàn)水冰開啟了一個新的青島李滄上門資源提供全國外圍女上門1662+044-1662提供全國外圍女上門.時代。行星科學家們發(fā)現(xiàn)，在太陽系中，冰和水幾乎無處不在：在木衛(wèi)二（Europa）和土衛(wèi)二（Enceladus），在火星表面，甚至在更遙遠的星球上，比如冥王星的內(nèi)部或海王星最大的衛(wèi)星——海衛(wèi)一（Triton），都有水冰的存在。
這些發(fā)現(xiàn)帶來了各種令人遐想的前景。在有水的地方——或者曾經(jīng)有水的地方——生命就可能發(fā)展起來。因此，科學家們已經(jīng)不只是在火星長期干涸的湖床中尋找化石，也開始在木衛(wèi)二、土衛(wèi)二和其他星球的浩瀚海洋中尋找生命有機體。對于人類的太空探索事業(yè)，水的廣泛存在也提供了巨大的機會：哪里有水，哪里就有火箭燃料的組成部分——液氫和液氧。
在很大程度上，這些發(fā)現(xiàn)也影響了NASA科學和載人航天計劃的重心。在該機構(gòu)每年約30億美元的行星科學預算中，有越來越多的資金是用來支持可能在其他星球上發(fā)現(xiàn)生命證據(jù)的任務(wù)。過去四年里，NASA一直在制定一項計劃，希望將宇航員再次送上月球，并在那里提取水，為將來把人類送上火星做準備。
對科學家來說，問題總是比答案多，而可用資金往往不足以滿足他們想要執(zhí)行的任務(wù)。水在太陽系的普遍存在進一步激發(fā)了行星科學家們的興趣，他們想讓探測機器人前往太陽系更遠的地方，確定各個星球上冰沉積物和地下海洋的特征。隨著我們對太陽系的了解越多，其奧秘也越來越多，遠遠超過我們的想象。因此，尤其令人沮喪的是，我們目前還無法飛到那些神秘的星球上，真正解開這些奧秘。
那么，如果我們可以做到呢？
一些行星科學家已經(jīng)開始認同一個觀點，即例如SpaceX公司的新型火箭“星艦”（Starship）具有前所未有的運載能力，并具有非同尋常的低成本潛力，可能會讓太陽系探索進入一個新的時代。想象一下，我們可以向木衛(wèi)二發(fā)射著陸器，探索其巨大、溫暖的次表層海洋。在最近的NASA計劃會議上，行星科學家們就考慮了這項任務(wù)的可能性，他們向木衛(wèi)二發(fā)射一臺耗資數(shù)十億美元的復雜航天器，開展更深入的科學研究；在最佳條件下，這臺航天器的大小和質(zhì)量只能與迷你冰箱相當。
相比之下，如果有了類似星艦這些更大能力的太空運輸工具，人類或許就能夠?qū)⒏嗟目蒲杏行лd荷發(fā)射到木衛(wèi)二，其大小相當于一幢沒有家具的單層房屋，以我們以前從未想過的方式到達外太陽系，這將為探索這些世界提供一種革命性的嶄新方式。
星艦的源起
SpaceX公司的工程師們已經(jīng)在星艦的研發(fā)上努力工作了大約5年時間，并在過去的12個月里，完成了數(shù)次初期飛行測試。盡管還有很多技術(shù)性工作要做，但該公司目前在研制的這種超重型火箭具有許多優(yōu)勢，包括可重復利用和低成本，而且有可能將多達100噸重的火箭送到太陽系大多數(shù)天體的表面。
SpaceX公司的創(chuàng)始人埃隆·馬斯克將星艦視為將人類送上火星，并最終在那里定居點的關(guān)鍵火箭。不過，在行星科學家們看來，這樣的航天運輸工具在科學、探索和防御方面還有無數(shù)其他的用途。
高度可靠的星艦可能還需要幾年的時間才能問世，但從2022年初開始，SpaceX公司可能會進行一系列的軌道測試飛行。現(xiàn)在，NASA的載人航天項目也對星艦非常有信心，以至于將其作為其阿爾特彌斯月球計劃（Artemis Moon Program）的著陸系統(tǒng)。如果星艦最終失敗的話，NASA可能就不會重返月球了。
“星艦可以為前往火星和其他星球的任務(wù)提供前所未有的大量有效載荷，”詹妮弗·赫德曼說，“行星科學家需要思考的問題是，我們?nèi)绾卫眠@種非凡的能力。如果我們想抓住這些機會，在無人測試飛行中獲得有效載荷，那現(xiàn)在就需要行動起來。”
2018年，SpaceX公司首次接觸行星科學界，并通過舉辦一系列“火星研討會”解決了一些基本問題，比如火星上可能的著陸點，以及與人類在火星表面安全生活和工作有關(guān)的知識空白。
該公司還邀請了火星研究領(lǐng)域的知名人士，有幾十人參與其中。一些研究者已經(jīng)接受了SpaceX公司的愿景，但也有人持懷疑態(tài)度。隨著時間的推移，也隨著SpaceX建造并測試了原型機，就連一些懷疑者也開始相信星艦的潛力。
“隨著星艦逐漸成為現(xiàn)實，人們的想法也開始改變，”曾參與火星研討會的行星科學家、火星專家塔尼婭·哈里森說，“NASA選擇使用星艦來執(zhí)行月球任務(wù)，是對其可靠性的巨大提升。”
新的白皮書
今年早些時候，許多參加過研討會的研究者開始意識到，在使用星艦進行科學任務(wù)的過程中，NASA的參與已經(jīng)迫在眉睫。因此，他們撰寫了一份白皮書，題為《通過SpaceX星艦任務(wù)加快推動火星和月球科學》（Accelerating Martian and Lunar Science through SpaceX Starship Missions），詹妮弗·赫德曼是第一作者。
來自學術(shù)界、工業(yè)界和SpaceX公司的20多名火星研究人員（塔尼婭·哈里森也位列其中）在這份白皮書上簽了名。他們向NASA的領(lǐng)導層發(fā)出了響亮的呼吁，希望后者能為開發(fā)星艦的科學有效載荷提供資金。
這些科學家和工程師寫道：“NASA必須制定一個與星艦開發(fā)路徑一致的資助計劃，包括一個快速的發(fā)展時間表。與傳統(tǒng)的行星科學任務(wù)相比，星艦具有相對較高的風險承受能力，如果成功，最終將帶來較高的潛在科學價值。”
星艦與以往運載火箭的的關(guān)鍵區(qū)別在于質(zhì)量。如今，當一名科學家計劃探索另一個星球時，會面臨兩大制約因素：成本和質(zhì)量。星艦可能對成本有一些影響，能用更少的錢發(fā)射更多的火箭。但最大的變化是，科學家們不再需要過度關(guān)注質(zhì)量。他們可以攜帶更多的儀器，擁有更多的防護，“這完全改變了游戲規(guī)則，”哈里森說道。
多年來，NASA關(guān)于行星探索的最高優(yōu)先級一直是從火星帶回巖石樣品，然后在地球的高科技實驗室中進行詳細研究。最后，該機構(gòu)提出了一個與歐洲空間局（ESA）合作的基線計劃，并開始為火星樣品返回任務(wù)爭取一些資金。如果一切順利，NASA希望在2031年前從火星帶回數(shù)公斤的巖石樣品。
由于星艦不僅可以在其他星球上著陸，還可以從其他星球起飛，因此它完全有能力改變火星樣品返回任務(wù)。據(jù)估計，星艦可能將帶回兩噸的巖石樣品，而不只是兩公斤。
這種可能性讓行星科學家們感到十分興奮，而且不僅僅是年輕一代。美國布朗大學的詹姆斯·海德在20世紀60年代曾幫助NASA選定了阿波羅任務(wù)的登月地點，并參與訓練了在那里著陸的宇航員。之后，他又開始了杰出的行星科學研究生涯。
海德熱情地在白皮書上簽了名，并表示自己很欣賞SpaceX公司的愿景，并愿意為實現(xiàn)這一目標做出努力。他還在位于加利福尼亞州霍桑的SpaceX公司總部看到了曾推動阿波羅計劃的那種青春氣息、活力和決心。“站在SpaceX工廠的地板上，我體驗到了最接近阿波羅計劃的感覺，”海德說。
NASA會如何行動？
目前，建立一個專門資助星艦科學有效載荷的NASA項目似乎有點牽強。NASA通常傾向于將項目交給多個競標者，而不是為一個特定的飛行器創(chuàng)建特定的項目。而且，即使NASA的領(lǐng)導層決定創(chuàng)建一個星艦科學有效載荷的特定項目，美國國會（甚至白宮）是否會同意也值得懷疑。國會議員喜歡為他們的選區(qū)和州提供就業(yè)機會，而NASA的傳統(tǒng)承包商滿足了這一需求。相比之下，SpaceX公司非常注重削減成本和提高效率，其工作在少數(shù)幾個州進行，雇傭的承包商相對較少。
此前，NASA為阿爾忒彌斯計劃的“人類著陸系統(tǒng)”（Human Landing System）舉辦了一場競標，并最終將SpaceX的星艦作為唯一選擇。美國國會對此提出了激烈的反對。然而，對于前往月球、火星及更遠星球的科學有效載荷計劃，如果只能選擇SpaceX，美國國會就將爆發(fā)更猛烈的反對聲浪。
以火星樣品返回任務(wù)為例。NASA計劃與太空領(lǐng)域的重要盟友歐洲空間局合作，發(fā)射一輛樣品取回漫游車（在歐洲開發(fā)）和一輛由諾斯羅普·格魯曼公司為NASA制造的升空載具。這項任務(wù)的發(fā)射時間不早于2026年，可能會搭乘聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟（ULA，洛克希德·馬丁太空系統(tǒng)與波音國防太空安全組成的合資公司）的新型運載火箭“火神”（Vulcan）。然后，歐洲制造的返回軌道器將搭載同樣由歐洲開發(fā)的阿麗亞娜6號火箭，將少量樣品帶回地球。
不過，也有一些相關(guān)人士提出，還有其他的選擇。有人建議，NASA應(yīng)該建立一個“商業(yè)火星有效載荷服務(wù)”項目，以此分發(fā)向火星運送科學有效載荷的合同。
借鑒CLPS項目
商業(yè)火星有效載荷服務(wù)項目將借鑒NASA的“商業(yè)月球有效載荷服務(wù)”（CLPS）項目，后者的主要目的是向私人公司提供資金，建造能夠?qū)ASA有效載荷運送到月球表面的航天器，如月球著陸器/飛行器、月球車和運載火箭等。到目前為止，NASA已經(jīng)為不同競標者提供了6份合同，到2028年的總預算為26億美元。
“火星探索計劃分析小組”（Mars Exploration Program Analysis Group，簡稱MEPAG）的科學家們已經(jīng)提出了類似的想法，他們認為“類似CLPS并以火星為重點的項目可以促成未來火星探索技術(shù)及科學有效載荷的開發(fā)”。
在一個商業(yè)化的火星項目中，NASA可能會為其研究中心和其他學術(shù)團體提供資金，由科學家們負責開發(fā)運往火星的科學有效載荷，并讓他們?yōu)槭褂眯桥炋峁┲С帧＿@可能會緩解NASA的一些政治壓力。
NASA的科學任務(wù)總負責人托馬斯·祖布欽也支持CLPS項目，并愿意承擔一定程度的失敗風險。他表示，NASA應(yīng)該考慮所有大型火箭在未來幾年上線，并充分利用它們的能力。
未來的可能任務(wù)
在建造更多行星航天器的過程中，隨著科學家們越來越少地考慮質(zhì)量限制，他們也將遇到其他障礙。世界上只有相對少數(shù)的人知道如何制造這樣的航天器，培訓更多的人需要時間；另一方面，航天器可以接受真空和振動測試的地面設(shè)施也十分有限；然后是成本問題——科研探測器發(fā)射時最昂貴的部分不是火箭，而是探測器。
一位NASA的高級官員認為，由于執(zhí)行飛行任務(wù)的是星艦，因此科學任務(wù)理事會的預算應(yīng)該不會突然翻倍。相反，星艦最終會降低航天器發(fā)射的成本，尤其是在有能力頻繁發(fā)射的情況下。
未來SpaceX公司可能會每兩年提供一次飛往木星的定期“拼車”飛行。多個不同大小的探測器可能會搭載同一艘星艦，借助其動力和推進力到達木星系統(tǒng)。一旦到達那里，每個航天器都可以飛到各自的軌道或目的地，并依靠星艦作為通信中繼，將信號傳回地球。這將為每個航天器的發(fā)射省下大量的質(zhì)量空間和推進劑。
SpaceX公司可能在2024年將其第一艘星艦發(fā)射到火星；這可能只是一次測試飛行，以證明這個巨大的飛行器可以執(zhí)行進入火星軌道的任務(wù)。在NASA的日程安排上，還沒有任何科學探測任務(wù)能趕得上此次首飛，但下一個火星窗口將在2026年底開啟，對SpaceX和NASA來說，這似乎是一個更合理的時間點。
對NASA來說，在這段時間內(nèi)將科學有效載荷裝上飛往火星的星艦，還是有相當多可能性的。NASA噴氣推進實驗室可以用一套完全不同的科學儀器，制造一個“毅力”號火星車的復制品。NASA還可能發(fā)射兩臺火星勘測軌道飛行器的復制品，以替換火星上已經(jīng)老化的通信基礎(chǔ)設(shè)施。工程師們還可以擴大火星氧氣原位資源利用實驗（MOXIE）的規(guī)模，從火星大氣中產(chǎn)生更多的氧氣。此外，NASA還可以發(fā)送一個更大的鉆頭，深入火星地下，看看其內(nèi)部是否真的更溫暖、潮濕。
NASA的一位消息人士說：“我們也很高興用機智號（Ingenuity）這樣的航天器裝滿星艦。”今年早些時候，機智號無人直升機隨毅力號登陸火星，并成為第一架“在另一個星球上進行動力控制飛行”的飛行器。
埃隆·馬斯克自己也意識到與科學界合作并提升星艦可行性的重要性。前不久，馬斯克在美國國家科學院與科學家們進行了一個多小時的交談，就星艦、行星科學和其他更深奧的話題表述了自己的見解。
“星艦在設(shè)計上是一個更廣大太陽系的通用運輸裝置，”馬斯克說，“你可以把一個100噸重的物體帶到木衛(wèi)二表面。這比用小型火箭能運載的要多得多。所以，我想這是非常令人興奮的。顯然，我們還有很多事情需要證明。但從架構(gòu)的角度，星艦幾乎可以將任意質(zhì)量運輸?shù)教栂抵械娜魏喂腆w表面。”