2016/09/29

Elon Musk 演講投影片 (快速解說版)

以下為 SpaceX CEO Elon Mush 在 IAC 會議的演講投影片 (快速解說版)

完整演講影片傳送門:
https://www.youtube.com/watch?v=H7Uyfqi_TE8
(Source: SpaceX, Elon Musk)

歡迎轉載,但請標明出處

Elon Musk 上台

抵達火星軌道的想像圖

太陽系主要星體比例尺比較圖,地球為下方左邊第 3 顆

地球與火星的比較,大小約地球一半、自轉週期相近、陸地面積相近

現今的狀態:沒有人可以上火星

以傳統方式 (阿波羅計畫形式) 每一人上火星需要 100 億美金成本

要達成火星殖民,運輸成本需要降低到美國平均房價 (20 萬美金)

降低成本的方法:完全重複使用、軌道加油、在火星表面製造燃料、使用適合的燃料

完全重複使用對降低運輸成本極度重要

737 客機,單次使用票價高達 50 萬美金,完全重複使用僅需 43 美金 (洛杉磯到拉斯維加斯機票)

如果不使用軌道加油,需要使用 3 節式火箭,發射尺寸與成本增加 5~10 倍

如果太空船不返回地球,成本將增加 5 倍,而且火星環境非常適合製造燃料

使用 液態甲烷/液態氧氣 的原因:縮小載具尺寸、便宜、引擎容易重複使用、火星表面具備原料

SpaceX ITS 的運輸系統架構圖
1. 準備發射 / 2. 第 1 節火箭返回發射台 / 3. 軌道加油船對太空船加油
4. 太空船出發前往火星 / 5. 火星大氣突入 / 6. 在火星表面補充燃料 / 7. 太空船返回地球
第 1 節火箭重複使用 1,000 次、軌道加油船重複使用 100 次、太空船重複使用 12 次

ITS 與人的比例對照
全高 122 公尺、第 1 節火箭直徑 12 公尺、太空船最大直徑 17 公尺

ITS 結構圖,使用碳纖維製作主要結構、低溫高密度液態甲烷/液態氧氣、燃料/氧化劑自體加壓
燃料/氧化劑自體加壓 = 將部分 燃料/氧化劑 流過高熱的引擎,使用汽化後的壓力來對燃料槽/氧化劑槽加壓

ITS 與其他火箭的尺寸與 LEO 地球低軌道運輸能力比較 (單次使用、不回收)
Falcon9 = 22.8 噸 / Delta IV Heavy = 28.3噸 / Falcon9 Heavy = 54.4 噸
Saturn V (阿波羅計畫) = 135 噸 / ITS = 550 噸

ITS 與 Saturn V (阿波羅計畫) 的數據比較
發射重量 3.5 倍、發射時推力 3.6 倍、LEO 地球低軌道運輸能力 4.1 倍 (單次使用、不回收)

ITS 使用的 Raptor 火箭引擎數據
使用次低溫 液態甲烷/液態氧氣
Full-Flow Staged Combustion Cycle (FFSCC 全流量分級燃燒循環)
燃燒室壓力 300 巴 / 推力調整範圍 20% ~ 100%
海平面版本推力 3,050 千牛頓 (311 噸力) / 比衝 334s
真空版本推力 3,500 千牛頓 (357 噸力) / 比衝 382s

ITS 的第 1 節火箭數據
長度 77.5 公尺、直徑 12 公尺、淨重 275 噸、可攜帶燃料重 6,700 噸
使用 42 具 Raptor 火箭引擎
脫離時時速 8,650 公里 (比 Falcon9 的 6,600 KPH 略快,但低於 AtlasV 的 16,000 KPH)
約使用 7% 的燃料用於動力垂直降落

使用的 42 具 Raptor 火箭引擎中,只有最內圈 7 具的總成可以向量推力
其他的 35 具為固定安裝、無法向量推力

ITS 的太空船數據
全長 49.5 公尺、最大直徑 17 公尺
使用 3 具海平面版本 Raptor 引擎、6 具真空版本 Raptor 引擎
載人太空船淨重 150 噸、LEO 載運能力 300 噸
軌道加油船淨重 90 噸、LEO 載運能力 380 噸
前往火星載運能力:450 噸 (需使用軌道加油)

左側為 2020~2037 年間的火星發射窗口與航行需要時間
右側為 籌載重量/Delta-V 曲線圖

大氣突入能力
火星大氣可減速 秒速 8.5 公里、尖峰 G 值 4~6G
地球大氣可減速 秒速 12.5 公里、尖峰 G 值 2~3G

ITS 的載人太空船艙內設計

在火星表面製造燃料的化學公式
幾乎無盡的冰與二氧化碳,加上電力後可以合成 甲烷 與 氧氣

ITS 發射成本試算,在大量重複使用次數分攤後,每噸上火星成本低於 14 萬美金
第 1 節火箭重複使用 1,000 次、每次火星發射窗口使用 6 次
軌道加油船重複使用 100 次、每次火星發射窗口使用 5 次
太空船重複使用 12 次、每次火星發射窗口使用 1 次

火星探險的資金來源

SpaceX 2002 年成立時的全公司合照

SpaceX 從 2006 年到今日的里程碑

接下來的發展時程表
2018 年進行 Red Dragon 火星任務
2020 年 ITS 首飛、2023 年 ITS 飛火星

近程計畫:發射 Red Dragon 任務,載運 2~3 噸酬載前往火星 

Raptor 火箭引擎首次測試 (前置燃燒開始,燃燒室尚未點燃)

Raptor 火箭引擎首次測試 (燃燒室點燃)

ITS 的太空船的全碳纖維液態氧氣槽測試原型

全碳纖維液態氧氣槽測試原型內側照片

ITS 搭配前哨加油站,具備前往木星與其他太陽系目標的潛力


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