NASA与SpaceX新一代火箭竞争,太空发射系统和星舰有何差别?

为了重新登上月球、甚至去往更远的星球,NASA与SpaceX正在竞相开发新型重型火箭与载人太空船,分别为太空发射系统(SLS)与星舰(Starship)。那么,这两种火箭有什么不同、哪一个更强大?

NASA与SpaceX超重型火箭比较。

SpaceX星舰

星舰前身称为大猎鹰火箭(BFR),为SpaceX开发中的下一代两节火箭发射载体,火箭全长120米,比总长93米的美国自由女神像还要巨大。第一级助推器是可重复使用的超重型(Super Heavy)运载火箭,高70米,第二级是也可重复使用的火箭兼太空飞行器星舰(Starship),高50米,并设计成可垂直起降着陆,也就是说宇航员要从外太空回来时,会直接搭乘这艘星舰飞船着陆地球,这是和NASA太空发射系统太空船不同的地方之一。

不过,SpaceX这艘太空飞船的名称与整体火箭名称撞名,都叫星舰。

星舰动力来源则为SpaceX自主研发生产的猛禽(Raptor)火箭发动机,采用液态甲烷与液氧作为推进剂,燃烧原理是将2种推进剂送入燃烧室内混整合点燃,火焰于高压下产生热气,并通过发动机的喷嘴高速排出以产生推力;根据马斯克在推特上的说法,最终完整版本星舰共将搭载41架猛禽发动机作为升空与着陆动力来源——超重型火箭安装35架,星舰飞船安装6架。

Starship Super Heavy with 35 Raptors

—Elon Musk (@elonmusk)July 21, 2019

发射时,第一级超重型火箭将产生高达1,500万磅的惊人推力,这是1960~1970年代阿波罗登月计划所使用农神5号(Saturn V)火箭推力的2倍,而农神5号是迄今为止人类发射过最强大的运载火箭。

而星舰原型机已如火如荼展开各种测试,比如日前SN9原型机进入高空测试,可惜在着陆时坠毁爆炸,走上和SN8原型机最终高空测试一样的历史。

NASA太空发射系统

太空发射系统(Space Launch System,缩写SLS)则是从航天飞机演变而来的运载火箭,全长约100米,是NASA至今设计过最强大的火箭,整体而言与农神5号火箭相近,第一节由一个主推进器与2个助推进器捆绑组成,发射时推力达820万磅,比农神5号高5 %,可以一举冲上近地轨道(应该离地至少300公里)。

在SLS火箭主推进器中,带有超过330万公升的液态氢与液态氧,由4台RS-25发动机提供动力,与SpaceX猛禽发动机的最大差别在于燃料是液态氢而不是液态甲烷。

SLS的有效载荷(猎户座飞船/多功能人员酬载舱)则附着在主推进器上方,装备单个RL-10比RS-25还要小的发动机提供动力。猎户座飞船新设计了较大的丙烯酸观景窗,可以容纳6名宇航员,和星舰飞船最大的不同之处在于,猎户座飞船没有机翼和尾翼,因此重新进入地球大气层后是通过打开降落伞缓慢飘回海上或沙漠,然后等NASA来接人,好处是这种设计不需要复杂的气动外形和防热系统。

SLS火箭结构细部分解。(Source:NASA)

由于SLS火箭许多技术都是取材过去任务设备,尽管没有SpaceX创新,但能大幅减少研发时间——虽然今年1月中,SLS火箭未能通过备受瞩目的关键引擎热火测试。但零件并未发生重大损坏,因此NASA表示暂无更改设计的考虑。

各火箭大小与外观比较。(Source:Thorenn,CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons)

(首图来源:NASA/SpaceX)