原创 为销毁国际空间站,8亿美元打给马斯克:人类最大烟花秀,要来了
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2024-08-01 11:01:02
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如果给你8亿美元,让你想办法销毁国际空间站,你会怎么办?用导弹打下来吗?马斯克刚刚接了这个活儿,拿了NASA的8.43亿美元预算,给国际空间站料理“后事”。

但是这个销毁过程跟大家想象的不太一样,为了让这8亿美元花得值,SpaceX准备在2030年发射一艘非常特殊的飞船。

它安装了46个发动机,只为了执行一个任务,让国际空间站变成人类有史以来最大的“太空烟花”。

2030年国际空间站的“末日大片”烟花秀,整个过程分为三步,提前剧透一下:

第一步,给国际空间站装上脱轨发动机,让国际空间站脱离现在的轨道。SpaceX的加强版龙飞船,就充当这个脱轨发动机。

国际空间站累计建造成本超过1500亿美元,每年光是维持轨道高度的燃料成本就要2.1亿美元,是人类有史以来最贵的太空项目。从1998年发射第一个舱段以来,国际空间站目前已经在太空运行了26年。

(国际空间站建造历程,动图)

截止今年7月,已经累计有281个人进入过国际空间站,包括那两个波音飞船的宇航员,还不知道能不能平安回地球。

花了这么多钱的空间站,为什么要销毁呢?不能回收或者二次利用吗?

国际空间站退役的原因有两个,一方面是技术原因,不少设备慢慢老化了,另一方面是政治原因,美俄航天开始分道扬镳了。其实国际空间站上面有很多东西都是新的,比如俄罗斯“科学号”服务舱,2021年才发射上去的,才用了几年,直接销毁实在可惜,但是太空中又不太好回收。

回收或二次利用都是不可行的,之前考虑过在轨拆解,或者把它推到几千公里外的更高轨道上去,但是费用过于高昂,而且可能产生更多太空垃圾。卖给私人航天企业也不可行,因为国际空间站属于很多个国家,不好变卖。

目前国际空间站在一个椭圆轨道上,最低平均高度370公里,最高460公里,平均时速28000公里,轨道倾角是51.6度

(红色是中国空间站轨道倾角,蓝色是国际空间站轨道倾角)

之所以选择这个轨道,是因为它是俄罗斯从北纬46度的拜科努尔发射场,发射飞船能够直接到达的最低倾角,而且火箭残骸不会掉落到中国来。

如果国际空间站的轨道倾角再小一些,俄罗斯发射火箭的轨道就必须路过中国上空,火箭残骸就会掉到中国境内了。考虑到以后俄罗斯可能发射新的空间站,还要用这个轨道,那就必须让国际空间站腾出位置来,绝对不能让它变成太空垃圾。

第二步,脱轨发动机点火,让国际空间站下降到330公里高度。

这时最后一批宇航员撤离,然后国际空间站继续下降高度,直到坠入大气层。听起来简单,但是有个麻烦事儿,那就是国际空间站它太脆弱了,总共有个20多个舱段结构,像积木一样拼在一起的,在点火变轨的时候推力不能太大,一不小心就可能散架了。

一旦国际空间站解体,会产生成百上千个空间碎片,那就是灾难性的后果。这也是为什么不能直接用导弹打掉国际空间站,那会造成无数的太空碎片,对航天员威胁极大。

所以这个脱轨发动机,必须精心设计,既要推力足够大,能推动总重量达到420吨的国际空间站,推力又必须精准可控,不能太暴力,免得散架。

马斯克最近公布的设计方案,就是在货运龙飞船的基础上放大改进来的,首先飞船放大,长度翻了两倍,容纳的燃料翻了6倍,达到了近16吨,电池容量也翻了4倍,还增加了两个太阳能板。

其次配备了46个“天龙”(Draco)发动机,单台推力是400N,大约相当于40公斤,其中16个用来控制姿态;剩下30个用来减速,降低轨道。

(一圈小发动机)

这样就可以通过控制发动机点火的数量,来比较精确地控制总推力,保证国际空间站在减速的时候不会解体。从脱轨发动机点火到最后坠毁,整个过程将持续12到18个月,可以说是非常小心翼翼,慢工出细活。

第三步,就是坠入大气层了。

如果一切顺利、不出岔子的话,国际空间站将坠入南太平洋上空,落在一个长度2000公里、宽度100公里的狭长范围内。

(南太平洋尼莫点,距离最近的岛屿都有两千多公里,几乎没有人类活动)

这里是地球上“人味儿”最淡的地方,不仅几乎没有岛屿、没有居民,就连飞机和轮船的航线都不经过这儿,这样就可以避免坠落时的附带损伤。

但是前提是,不出岔子,可是这一点对美国航天局来说,已经越来越没有保证了。

美国第一个空间站“天空实验室”1979年销毁的时候,就没有坠入南太平洋,而是落到了澳大利亚帕斯地区,得亏澳大利亚地广人稀,没有砸到人。

(美国第一代空间站,天空实验室)

澳大利亚政府还曾经向美国提出了抗议,要求美方赔偿损失。但是直到30年后,美国一个民间组织实在过意不去,自信募捐赔了一点钱。而白宫官方至今没有管这事儿。

2021年,国际空间站有一块重达2.9吨的电池报废,NASA选择直接丢弃这块电池,让它自生自灭,自己慢慢坠入大气层。

(被废弃的电池扔向太空,托盘是日本制造的)

结果今年3月8日,这块电池刚好坠入了美国本土,虽然大气层摩擦燃烧之后电池只剩下几百公斤的残骸,但是其中一块碎片击中了佛罗里达州的一栋房子,把两层楼都打穿了,房主的儿子当时就在房间里,差点被砸死。

这事儿当时上了美国热搜,很多美国人质疑NASA的做法不负责任,NASA后来发了个声明说正在调查,然后到现在也没个结果。

那国际空间站420吨的重量,虽然坠入大气层摩擦最高可以产生3000度的高温,但是预计仍然会残留至少几十吨的碎片,最大的有小轿车那么大。如果坠落的地点没控制好,那后果可能要严重得多。

现在波音航天是已经不行了,压力全给到了马斯克头上,这8.43亿美元只是设计和建造脱轨飞船的费用,发射和对接的费用还要另算。

另外NASA在合同中还留了一手,考虑到未来的不确定性,虽然目前计划国际空间站2030年销毁,但是也可能继续延长寿命到2030年代中期,所以NASA要求SpaceX的脱轨飞船,造出来之后也要能在地面上“引而不发”,保存五年。

反正俄罗斯那边目前说,2028年就退出国际空间站不管了,之后NASA爱怎么折腾都行。这其实就是一个“无责声明”,万一国际空间站销毁的过程中真出了岔子,跟俄罗斯就没关系了。

这场人类史上最贵的“太空烟花秀”,还有很多变数,姑且拭目以待吧。

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