馬斯克再談火星殖民　最強火箭Starship準備就緒？

上周在一場發布會上，太空探索公司SpaceX創辦人馬斯克（Elon Musk）相隔兩年，再次交待公司研發中的「星艦」（Starship）火箭最新狀況。除了以此實現馬斯克移居火星保存人類文明的夢想以外，這支火箭在商業和自然科學上將如何顛覆太空發射現況？Starship要順利升空又尚欠什麼？

上周五（2月11日），SpaceX在位於美國德克薩斯州的發射基地Starbase，矗立了高120米的Starship火箭，反光的不鏽鋼製銀色外殼映襯着夜空。公司創辦人馬斯克說：「很難相信它是真實的，除非……它真的就在那裏。」在這個「佈景」前，他時隔兩年再次就Starship設計、發展和測試，交待最新進度。

往火星的挪亞方舟

Starship是SpaceX為了未來載人前往深空探索而研發的下一代大型火箭。它由上方是同樣稱為Starship的太空船，與下方裝有約30個Raptors引擎的推進器Super Heavy組成。建成後它將是史上最大型的火箭，可運載多達100公噸物件及100名乘客至低地球軌道，而且整支火箭設計為可完整重用，以降低成本。重返地球的Starship應可自行以引擎垂直着陸；馬斯克稱之為「筷子」的巨型機械臂會捕捉回收分離後的Super Heavy。

過去幾年，Starship上半部進行過幾次試驗，經歷多次爆炸收場後，去年5月終於成功着陸。去年9月，SpaceX取得美國太空總署（NASA）29億美元合同，預計在2025年「阿提米絲」（Artemis）任務中載人重返月球。然而，前往火星才是SpaceX開發Starship的目標。

對於有留意SpaceX消息的人，是次發布會沒有多少新意，內容馬斯克過去基本上都有談論過。他過去已多次聲稱，未來人類可利用Starship來運載人和物資，在火星建自給自足的居住地，甚至將之形容為「未來的挪亞方舟」。

上周馬斯克重提這種後備方案論：「為什麼生命需要能在多行星中存活？我認為這對於生命本身的未來非常重要。地球上總有可能出錯。我天生是個樂觀主義者，所以我認為這種可能性很低，不過也不是零。最終太陽會膨脹並摧毀所有生命。所以我們有必要成為一個多行星物種。地球四十五億年歷史上第一次有這種可能。我們需要抓緊機會儘快實現。坦白說，人類文明現在看來有點脆弱。」

比較新的資訊主要在於Starship一些技術細節或目標。例如在快速重用火箭上，SpaceX說目標是上半截的Starship可以做到每6至8小時重新發射一次；至於下方的第一節推進器，馬斯克預計應可更加頻密，它的飛行時間大約只有6分鐘，地面補充燃料約需30分鐘，所以每一小時就應可再用。馬斯克也介紹了第二代Raptor引擎的表現，推進力由185噸提升至230噸，建造成本卻減半。

此外，馬斯克還「預告」Starship即將首次進入軌道測試。據SpaceX去年5月提交文件，這測試將需時90分鐘，環繞地球飛行後，Starship會降落在夏威夷對開水域。目前SpaceX還在等待美國聯邦航空總署（FAA）審議從Starbase升空的環評報告。馬斯克聲稱：「我們從一些粗略的迹象估計，應該在3月得到批准。」然後，兩個月後可正式發射。

再度顛覆太空探索

在考慮人類未來存亡之前，Starship若成功面世，也足以為未來太空探索帶來巨變。在太空經濟方面，自從SpaceX成功研究出可部份重用的獵鷹9號火箭（Falcon 9），首次真正大幅降低了火箭發射成本，它已經重塑了一次太空產業佈局。這降低了太空任務的門檻，也造就了私人太空衛星市場冒起，將太空從國家主導領進商業化時代。

若能製成完全可重用的Starship火箭，未來應可進一步降低發射成本。現時獵鷹9號每次發射成本約6,200萬美元，馬斯克會上聲稱Starship應可降至每次1,000萬美元以下。去年德意志銀行的分析師也有類似大膽預測，發射成本將可從現時獵鷹9號的每公斤約5,000美元，到Starship時降至每公斤1,000、甚至500美元以下。

金融服務公司摩根士丹利（Morgan Stanley）分析師去年估計，這將會為太空帶來另一個商業時代：「這個技術進展有可能改變投資者對於太空行業的預期……就如一位客戶所言，『未有Starship之前的太空，就像未有Google之前的互聯網』。」

在自然科學方面，容量和負載大幅增加的Starship，有望開啟更多、更新的太空探索可能，已經令一些科學家為之雀躍。加州大學柏克萊分校太空科學實驗室任務操作總監Abhi Tripathi解釋，現在的火箭規格下，科研儀器的體積和能力極度受限：「當這些限制得以放寬，加上可快速重用的載具降低發射成本，Starship確實擴大了科學家和工程師能夠設計新任務的空間。」

最直接的是，Starship可以運載更多或更大型的儀器升空。NASA艾姆斯研究中心科學家Jennifer Heldmann舉例，將來可以整個鑽探平台運到太空，鑽挖地底一公里深處。她說以前這種想法有點瘋狂，但有了Starship就可以做到。這將可提供前所未有的機會研究月球或火星內部，或採探水冰之類有用資源。

Starship也可用來發射更大型的太空望遠鏡。例如早前發射、取代哈勃望遠鏡的韋伯望遠鏡（James Webb Space Telescope），需要多番摺疊才能放進火箭發射，到太空再打開，打開過程複雜而易出意外。雖然韋伯最終順利運作，但未來利用Starship運載或許可以減少這類風險。NASA已在考慮，仍在研究中的大型太空望遠鏡LUVOIR，未來可能要用Starship運載。

此外，更大的容量也意味着可以從太空帶回更多採集自不同地方的樣本，有助科學家更深入了解外星物質。Heldmann說這可以解開很多謎團，例如月球的火山歷史，或火星上的生命和天體生物學問題。

有些科學家希望借助Starship，把儀器送到更遠的地方展開研究。例如，海王星至今只有1989年NASA航行者2號（Voyager 2）太空船探訪過一次。國際科學家組織「概念探索研究」（Conex）正研究一個名為Arcanum的太空船，配備多種儀器可觀測和着陸研究海王星及其衛星海衛一（Triton）。惟它重達21公噸，沒有現有火箭能運載，或可靠Starship解決。

還有些更加妙想天開的想法。據美國加州大學聖塔芭芭拉分校物理學家Philip Lubin估算，一艘夠大的火箭，例如Starship，可以裝載足夠數量炸藥，擊碎大至10公里闊的小行星，避免它們撞向地球。

這樣看來，Starship面世後將有望開啟另一個太空科研新時代。Tripathi估計：「我肯定有些非常聰明的人，已經在思考利用Starship運載到太空執行的任務。」當中的可能性，或許就如馬斯克所說：「飛機剛出現的時候被當成玩具。萊特兄弟剛起飛時，大多數人還在騎馬，沒想到會有數以萬計飛機飛到世界每一個角落。目前我們無法想像Starship所有應用的可能。」

問題非常接近解決

然而，Starship可否或何時面世，還有挑戰需要克服。在火箭技術上，Starship仍未準備好。例如馬斯克也承認，SpaceX還未能證明Starship可以具備他們所訂立的重用能力。在發布會上馬斯克也透露，Raptor引擎產生的熱力問題還未解決：「我們唯一留意到的問題是燃燒室會熔化。這應該是最後剩下的挑戰，而我們已經非常接近解決這個問題。」

Starship何時能夠發射至軌道測試也仍有變數。雖然馬斯克聲稱3月應可獲政府批准，但坦言他們「對於FAA的情況沒有太多了解」。當局正在審議的是，SpaceX在Starbase發射Starship上太空對周遭環境的影響，因為該處附近是瀕臨滅絕動物棲息的自然保護區。

馬斯克在發布會上解釋選址Starbase的原因。綜合考慮發射場周遭需要有足夠的無人居住區域、可否快速疏散人群、以及太空船適合發射進入太空的角度，Starship發射點只有兩個選擇，其一是Starbase，另一是SpaceX位於佛羅里達州卡納維拉爾角（Cape Canaveral）的發射場。由於SpaceX在後者現時已經有大量發射任務，在Starbase發射Starship的話，這些發射活動和Starship試驗將不會互相干擾。

最初SpaceX以開發和發射獵鷹9號火箭為目的，在2014年通過了該處的環境評估。惟計劃有變，隨着開發Starship，SpaceX在該處增建了天然氣廠、太陽能發電廠、停車場、興建更多負載處理設施，也需要進行更多試射，有可能增加爆炸風險，產生的碎片和衝擊波對周遭環境的影響，令政府需要重新評估。

在Starbase所在的布朗斯維爾市（Brownsville），對於SpaceX進駐反應不一，有人擔心環境遭破壞，也有人認為可帶來新的工作機會。FAA去年就Starbase試飛諮詢公眾，收到多達18,000份意見，評估預計延後至本月28日才有結果。在審批完成前，FAA限制Starship可進行亞軌道發射試驗，惟不得離地面超過30公里。由此看來，SpaceX上周舉行這個內容沒有太多新意的發布會，目的和時機似乎也有所計算。馬斯克補充，若無法從Starbase發射，SpaceX仍可以佛羅里達州卡納維拉爾角發射場為後備選擇。若移師該處，他聲稱最壞情況下Starship發射需要延後八個月。

也有科學家對Starship可以開啟的太空探索能力維持謹慎。NASA前署長Sean O’Keefe指出，雖然Starship尺寸龐大而且有其技術進步之處，但所依賴的化學推進系統，與1961年人類首次進入太空時乘坐的火箭無異。他認為前往探索火星將需要更多科技進展：「火星距離我們6,500萬英里（1.05億公里）。要『縮減』這段距離，只有增加太空推進（space propulsion）才可，但現在沒有，我們未有辦法實現，這地球上仍未有人知道如何做到。另一樣我們欠缺的是足以保護人類生命的輻射屏蔽方法。若維持現狀，我們將無法承受如此大量輻射。對於任何人想要在月球以外實現任何目標，現階段都要受制於這兩個基本局限。」

還有一些太空業者提醒，SpaceX要考慮Starship的營利能力。太空業分析公司Bryce Tech行政總裁Carissa Christensen說，SpaceX需要提高發射次數來回本，但未必能找到足夠客戶填滿其龐大的負載量：「Starship載荷能力巨大，但這樣大的火箭現在沒有那麼多商業用途。」哈佛-史密松天體物理中心天體物理學家也同意，至少在短期內，商業衛星市場未必完全用得着Starship的容量：「現在根本還未有這種需要大量發射大型物件的市場需求。」事實上，SpaceX現有另一大型火箭重型獵鷹（Falcon Heavy），雖然可載貨多達64噸，但自2018年首次發射後，只升空過兩次。

Starship何時或可否兌現承諾，只能夠靠馬斯克來證明。過去他確實以實際成果來回應質疑和批評。2016年他首次談論要研發這種火箭前往火星，發表這偉論前一個月，獵鷹9號火箭在當年第二次爆炸，SpaceX也未嘗重用火箭。現在，本月初獵鷹9號創下了史上最多次連續成功發射火前的紀綠；SpaceX也證明了可以為NASA提供可靠的載人太空運輸。而且相比五年前，今天SpaceX有更多財力，Starship也正在實際建造測試而非流於空談。Starship現時似乎未準備就緒，但馬斯克依舊信心滿滿：「過程或許有點顛簸，但Starship終會實現。」