NASA行星科学家TED演讲：SpaceX公司的“星舰”火箭，将开启星系探索的未来

SpaceX公司的“星舰”运载火箭有可能以一种大胆的，崭新的，和超大规模的方式探索太阳系。

在这个6月24日发布的TED演讲视频中，NASA的行星科学家珍妮弗·海德曼(Jennifer Heldmann)讨论了像“星舰”这样可重用的大型航天器，如何能够帮助人类实现下一个飞跃，开创一个新的太空探索时代，从调查太阳系的众多海洋世界，到发射更大的望远镜以看到宇宙的更深处。

关于演讲者

珍妮弗·海德曼(Jennifer Heldmann)是NASA的行星科学家，她的科学研究兴趣集中在月球和火星上：

所有这些，都是为了使人类有朝一日能在月球和火星上生活。

演讲全文

非常感谢各位今天的光临！

我非常激动的告诉各位，我们将以一种全新的方式来探索太空，而太空探索的未来将是我们前所未见的，我们几乎无法想象这个未来。这是为什么呢？

自20世纪50年代以来，我们一直在探索太空，那么，现在有什么不同呢？

嗯，这是有史以来第一次，我们将使用超大规模的航天器，开启进入太阳系的旅程，这就是SpaceX公司正在开发的“星舰”。这款载具将能够发射更多的质量，或有效载荷，拥有更大的推力，并且能够一次又一次地重复发射，比以往设计或建造的任何航天器都要多。

星舰及超重助推器，是一个完全可重用的运输系统。这意味着，你不必在每次想要发射时，都建造一个新的载具。这样做，是为了降低每次发射的成本，并让我们可以进行更多次的发射。

星舰及超重助推器

一直以来，火箭都是只使用一次，然后就结束了。但如果你想一想，你会不会建造一架飞机，飞行一次，然后就把它丢弃？不，那太荒谬了。因为每次飞行的成本会很高，而且这样一来，我们也没法飞行太多次，对吧。

让我们这么来看，想想我们刚刚送往火星的最近一辆火星车，那是一个了不起的任务，它仍然在火星上收集着大量的数据。那次任务的发射成本是2.43亿美元，这相当于，花费约每磅10万美元的成本来发射火星车。而这就是现状。

而SpaceX的目标是将“星舰”的发射成本控制在几百万美元左右。这意味着，可以以每磅约900美元的价格发射同样的火星车。

10万美元对900美元，这是一个巨大的差异。而且实际上，可能会比这更便宜，因为你可以在一艘星舰里装下100台那种火星车，因为它就是那么大。这真的很不可思议。

而且不仅仅是SpaceX，现在有多家商业公司都在建造新的火箭，不同的尺寸，用于不同的目的。这很棒，因为这有助于为更多人打开太空之路。这里有一张目前其中一些火箭的图片，与美国宇航局强大的土星五号火箭的比较。

从左至右：星舰，土星五号，三级新格伦，德尔塔四号重型，猎鹰重型，阿丽亚娜5号，联盟号

土星五号是在60年代和70年代，发送宇航员到月球的火箭。最后一枚土星五号于1973年发射。要说明的是，我当时甚至还没有出生。我认为这是很不公平的，因为从那以后，就再也没有比它更强大的火箭了。

我只是想要强调，我们今天所谈论的变化，这些都不是火箭技术和航天器的增量式的，小规模的进步，这些都是真正的变革性的技术。它们赋予我们全新的能力，并改变空间探索的模式。

而真正将会发生的是，我们将改变现状。更专业性的，一次性的，精品式的任务，将在很大程度上转变为，基于规模化生产的，太空中的大规模运营。其原因是，我们正在很大程度上摆脱这些传统的，严格的质量和成本限制，这些限制，我们已经在航空航天业中承受了几十年。

而现在有一款载具，能真正促使我们改变关于空间探索和空间架构的对话，这就是“星舰”。整个系统被设计为甚至比土星五号更强大。而星舰载具本身，将能够把超过100公吨的有效载荷，发射到地球轨道，到月球表面，到火星表面，甚至更远。

星舰登陆月球想象图

100公吨的有效载荷，这很疯狂，这是一个疯狂的数字。我们之前根本不会讨论这样的数字，因为在太空飞行中，因为质量和成本的限制，我们一直在尝试减重：让组件微型化，让仪器尽可能轻巧。

而现在，我们事实上面临着一个相反的问题，我们必须弄清楚：我们要怎么装满这100公吨的有效载荷？说真的，我们打算发射什么？这是一个很好的状态，也是一个很好的问题，我们怎么才能真正把这么多的有效载荷发射进入太阳系？

嗯，星舰将在太空中用甲烷和氧补充其推进剂储罐。它的工作方式是这样的，你发射第一艘星舰，搭载了你想送入太阳系的不管什么载荷，你把它们发射到地球轨道。

然后你发射另一艘星舰，我们就叫它油轮吧，因为它基本上就是另一艘星舰，但装满了燃料。然后这两个载具相遇，并在地球轨道上对接。然后油轮为你的星舰储罐补充推进剂。

星舰在轨燃料装填想象图

本质上讲，你所做的，就是在出门远行之前，给你的油箱加满油。就是这样，你才能将如此大量的有效载荷送入太阳系。

这一点是如此重要，因为地球是一个巨大的引力存在，需要如此多的能量，如此多的燃料，才能从发射离开地球表面。通过在太空中重新填充储罐，我们基本上是在轨道上重新设定了火箭的方程。然后，我们就可以把这些有效载荷送去任何想要的地方了。这很神奇，我们有了这种新的能力，这就是它的工作方式。

但现在我想说的是，真正让人激动的部分，我们要用这种能力做些什么？

考虑这一点，科学家们，包括我自己，长期以来一直对欧罗巴（木卫二）上存在生命的可能性感兴趣。欧罗巴地表下有一个含盐的，液态水的海洋。我们想知道生命是否可能存在于那里。

欧罗巴(Europa)，木卫二，直径1950英里。表面冰层下有液态海洋。

鉴于我们目前的探索战略，有一个研究欧罗巴的任务正在开发中。它将围绕木星运行，然后数次飞掠欧罗巴，并远程测量这颗卫星及其海洋。

换个思路如何？我设想的未来是，为了研究欧罗巴的海洋，我们派潜水艇潜入海洋本身，而我们从海洋内部研究海洋，我们直接寻找生命的迹象。

既然说到这里，我们也应该把潜水艇送到恩克拉多斯（土卫二）。恩克拉多斯是土星的一颗卫星，它很神奇，它的地表下也有一个含盐的，液态水的海洋，因为我们能看到水冰泉从它的南极地区喷出。

恩克拉多斯(Encelarus)，土卫二，直径313英里。南极地区有水冰泉喷出。

而且不仅仅是欧罗巴和恩克拉多斯，外太阳系富含海洋世界。如果说，我们在研究地球上的生命时学到什么（顺便说一下，地球也是一个海洋世界），那就是所有生命的生存，都需要液态水。我们想知道，这些其他的海洋里会不会也有生命？

太阳系中的海洋世界，从左至右：恩克拉多斯(土卫二)，崔顿(海卫一)，欧罗巴（木卫二），泰坦(土卫六)，卡利斯托(木卫四)，盖尼米得(木卫三)

还有其他的可能性，我们来考虑一下天文学和天体物理学。这是哈勃太空望远镜为猎户座拍摄的一张美丽图片。这是一个星云，恒星形成区，新的恒星正从这里诞生。

猎户座星云

为了了解宇宙中的这些过程，我们需要太空中的大型望远镜向我们传回这种类型的数据。你可以在一艘星舰上安装直径为哈勃三倍的望远镜，实际上，你可以在一艘星舰上装下好几个如此巨大的望远镜。这很重要，因为对于望远镜而言，尺寸很关键。

望远镜就像一个收集光线的桶，而你想尽可能多地收集光子，来看清那些微弱的物体，看清那些遥远的物体。望远镜是一台时间机器，一个物体越远，它的历史就越悠久，因为光从那个物体到达你的眼球，需要一段有限的时间，这就是为什么它被称为光速。

有了这些更大的望远镜，我们就可以解决这些科学问题，比如寻找系外行星，围绕其他恒星运转的行星；比如了解恒星和行星系统的形成；比如回顾宇宙的黎明，即时间的开始；比如从根本上理解我们自己在宇宙中的位置。

但这不仅仅在于望远镜的尺寸问题，我们还可以降低成本。

詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST），梦幻般的仪器，令人惊叹。这个望远镜的尺寸相对较大，现有的运载工具都装不下它，所以它必须被折叠起来，就像折纸那样，以适应火箭。如果我们有更大的，可以发射更大望远镜的运载工具，我们就可以直接发射已经完全组装好的望远镜，没有必要在太空中部署。因此而可以启用的科学是惊人的。

这不仅仅是关于科学，也是关于探索的。因为在我们整个星球的历史上，这是第一次，而这大约是45亿年多一点的时间，我们正同时处于科学和技术能力的顶尖，可以把人类送离母星，建立一个新的未来。

红色星球，火星

对于火星，我们会这么做。首先，我们需要向火星发送不载人的星舰。我们必须证明，我们可以安全降落这些载具，然后我们才能送人上去。但我们将利用星舰惊人的有效载荷能力，来发送我们需要的元素，以保证人类在火星上的可持续存在。

而我们将从一个称之为ISRU的东西开始：“原地资源利用”。这基本上意味着，就地生存。因为如果我们想在火星上有一个自我维持的存在，我们就不能依赖于地球，对吧？我们不能一直把需要的一切从地球搬运到火星。

依靠当地资源生活，自从我们整个物种诞生以来，对于人类的生存一直是至关重要的。几千年来，我们的祖先一直在学习如何利用当地资源，来制造工具，种植食物，并产生能源。

我们很幸运，我们目前生活在一个相当舒适的星球上。这就是为什么我们今天都在这里，我们拥有我们需要的一切。但火星不一样，火星是无情的。如果你的食物，燃料或氧气用完了，你就完了。

因此，我们必须聪明的实施火星上的ISRU。而我们启动的方式是，使用水冰作为资源。火星有大量的水冰，有地面的冰，有岩石覆盖的冰川，有冰可以供我们使用。

传统上，当人们谈论将人类送往火星时，我们谈论的是，送几个人，也许还有一辆小小的火星车，这样他们就可以开车四下转转，探索一下。但是，星舰是如此具有变革性，以至于，我们现在可以讨论运送重型建筑机械，来建造让我们在火星上大规模生存所需的基础设施。我说的是类似于翻斗车，反铲车，大型钻机，所有我们本地生存乃至更长远所需的设备。

在人类到达前，我们需要做的另一件事是，是寻找火星原生生命。这是一个最高优先级的科学问题：火星上有生命吗？

但我们也必须尽忠职守，以确保着陆站点是安全的，以便人类来此生活和工作。一旦我们完成了所有的机器人先导工作，然后人类就可以到达。这时，我们开始建立一个基地，并朝着火星文明迈进。

火星基地想象图

现在，请想象一下，就在这时，已经有了火星人，而他们将是像你和我一样的人。

而这不仅仅是关于火星。因为随着我们发展这种将人类送入太阳系的能力，我们可以真正开始回答一些问题，例如：我们是否是宇宙中唯一的存在？人类能否在行星外茁壮成长？

这些超大的航天器为我们提供的机会，确实是前所未有的，它们是我们以前从没有过的，而且它们彻底改变了空间探索的模式。

我们经历了我们行星的整个历史，才走到了现在这个地步。我认为，我们活在一个神奇的时代，因为我们接下来所做的，将永远改变人类历史的进程。是时候抓住机会，将人类往宇宙扩展了。

谢谢！

充满激情的新时代，

充满挑战的新疆域，

与踔厉奋发的引领者，

卓尔不群的企业家，

一起开拓，

一起体验，

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共同打造更真品质，

共同实现更高价值，

共同见证商业航天更大的跨越！

——《卫星与网络》，观察，记录，传播，引领。