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正如太空梭老將唐·佩蒂特恰如其分地指出的那樣,人類在尋求進入軌道方面明顯處於劣勢。這個問題俗稱“火箭方程的束縛”,即隨著有效載荷質量的增加,掙脫地球引力所需的推進劑也隨之增加。即使在設計截然不同的航天器中,這種比率也驚人地相似。將宇航員送上月球的土星五號火箭,在發射臺上推進劑質量佔 85%,與太空梭幾乎相同。而有效載荷質量幾乎從未超過整個火箭質量的 4%。
因此,所有運載火箭都受到地球引力同等程度的影響。雖然材料科學的新發現正在為航天器的結構完整性帶來巨大進步,但在有效載荷與重量的比率方面,改進卻微乎其微。數學計算得越多,地球發射就越不利。
請思考一下:儘管對距離地球最近約 3400 萬英里的火星進行了數代探測器和機器人任務,但人類在太空中的行程從未超過這個距離的 1%。然而,早在 1960 年代,沃納·馮·布勞恩就夢想著,並設計了在 1980 年代實現這一壯舉的航天器。
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不幸的是,美國的政治意願並沒有繼續改進土星五號火箭,而是逐漸衰退,國家也從其太空探索的雄心壯志中退縮。隨後的幾年裡,我們的足跡僅限於 250 英里高度的太空梭短途旅行。事實上,在太空發射系統 (SLS) 開發出來之前,甚至沒有一種能夠將宇航員送回月球,更不用說火星的運載工具了。
然而,隨著 SLS 核心發動機級在 NASA 斯坦尼斯航天中心進行測試,美國正快速接近重返深空。隨著 SLS 發展到 Block 2 變體,每次發射的有效載荷能力接近 10 萬磅,國家最終將實現建立永久月球前哨站的夢想。
雖然低地球軌道運載火箭和乘員艙的重複使用可以提高成本效率,但深空任務需要更大規模的有效載荷。
月球表面不僅僅是一個目的地,它更像是一個訓練和裝備站。月球的引力井只有地球的六分之一,並且富含各種化學元素,它將成為更遠距離任務的中轉站。然而,為了實現這一目標,早期的探月者將需要大量的物資支援。這就是 SLS 將發揮作用的地方。
值得注意的是,過去幾十年來的深空探索揭示了氧、氮、鉀甚至鈣等普遍存在的生物構建基塊。所以,我們知道人類可以在地球之外生存。但我們不僅僅想生存;我們還想蓬勃發展。幸運的是,鋁、鎳、鈷和鈦等工業應用的關鍵金屬恰好在整個內太陽系中都非常豐富。隨著 SLS 的上線,太空探索和居住將從完全依賴地球轉變為自給自足的時代。
雖然最初的定居活動肯定需要預製的住所和能源發電模組,但持續的月球存在將需要利用當地資源。由於深空供應鏈將始終是脆弱的,可擴充套件的人類居住必須依賴月球的開採和製造業務,並不斷擴大產能,以確保充足的食物、空氣、水、火箭推進劑和建築材料供應。誠然,工業學習曲線將是陡峭的,但已經開始的多國和商業熱情表明了克服障礙的共同承諾。
正如美國商會執行長湯姆·多諾霍 最近寫道,“我們正處於一場經濟革命的早期階段,這場革命可能會重新定義人類的極限。太空不是一片空虛,而是一片充滿無限可能的景象。”
也許我們無法像好萊塢銀幕上看到的那樣欺騙物理定律,但 SLS 將果斷地克服地球的引力,並引領我們大膽地前往前人未至之境。
