Spacex星際飛船的變遷史，馬斯克的星艦是怎麼來的（二）?

（……續上）

版本1（火星殖民運輸車2013年10月）

到了2012年10月，隨著SpaceX發動機專業技術的不斷提高和財務狀況的改善，猛禽發動機已經變成了一個比Merlin 1發動機強大數倍的發動機。多個猛禽發動機將為未來的火星殖民運輸火箭提供動力，該火箭能夠將150-200噸的重量送到近地軌道。

星際飛船概念圖

次月，馬斯克宣布猛禽將是甲烷/液氧（methalox）發動機。甲烷氧化合物的優點是在火星上可生產，比氫更容易儲存和處理，在燃燒室中比煤油/液氧更不易結焦，並且在過冷時，單位推進劑質量的體積僅大21%。發動機的循環結構由燃氣發生器改為分級燃燒循環，雖然更複雜，但效率和推力更高。
分級燃燒循環發動機使推進劑流經兩個或多個燃燒室，在燃燒室中分階段燃燒。這樣做的好處是以增加複雜性為代價，提高燃油效率（以比衝測量）。2013年10月，猛禽的首次推力數據至少為2942千牛（661400磅力）。

猛禽發動機

在最早的版本中，車輛的結構是由鋰鋁合金製成的。鋁合金的優點是可進行攪拌摩擦焊接，具有均勻的性能，比碳纖維更耐損傷，並且通常具有良好的強度重量比。然而，隨著SpaceX改進設計，工程師們會發現擴大獵鷹9號建造方法的缺點。
NSF的早期研究表明，這種9.8米的單芯火箭只能提升120噸，低於SpaceX聲稱的150-200噸。一個重5440噸，由28個猛禽發動機驅動的三核版本，能夠將超過286噸的重量送到近地軌道。單核和三核將能夠分別發射相當於滿載的波音757-200和麥克唐納道格拉斯MD-11ER。

星艦CG圖

第2版（火星殖民運輸車2014年3月）

2014年2月，馬斯克表示，MCT的有效載荷是一艘大型星際飛船，能夠裝載100噸貨物和機組人員。
2014年3月，SpaceX推進副總裁湯姆·穆勒（Tom Mueller）確認了獵鷹9型發動機配置，核心級有9臺猛禽發動機，上層有1臺。穆勒還宣布將猛禽發動機的推力增加到4448千牛（1000000磅力），並選擇了直徑10米的火箭。

波音767

全循環燃燒發動機很少使用，但也被稱為高效燃燒發動機。這意味著猛禽發動機將是一個分級燃燒循環發動機，帶有富氧化劑和富燃料預燃器，每個預燃器都由一個單獨的渦輪供給。這些燃料將由推進劑氣體供給，從而產生更大的能量。好處包括渦輪溫度降低和壓力降低，從而提高可靠性和延長發動機壽命，缺點是更加複雜性等。
NSF的最新評估顯示，這種型號的推力增加將使單芯對LEO的能力提高到174噸。一個簡單的方法是想像單核版本將一架幾乎滿載的波音767-200ER升入軌道。

第3版（火星殖民運輸車2014年5月）

2014年5月，在德國科隆舉行的空間推進大會上，猛禽發動機的更多細節被曝光。猛禽的海平面推力增加到6914千牛（1554300磅力）。猛禽的真空版有8238千牛（1851900磅力）的推力和380秒的ISP。結果是火箭的推力提升至62223千牛（13988300磅力），這將導致對LEO的有效載荷能力至少為270噸。這大致相當於將一架載有335名乘客的空客A340-300送入軌道。

空客A340

第4版（火星殖民運輸車2014年6月）

2014年6月，隨著SpaceX公司開始對猛禽進行部件測試，穆勒將猛禽發動機的推力修正為7414千牛（1666700磅），這與有史以來最強大的火箭發動機不相上下。因此，火箭的總推力進一步增加了7.2%，達到66723kN（15000000lbf）。

火箭布局

此外，還出現了一些細節，即SpaceX不再考慮多核設計，而是專注於一個直徑在10到15米之間的單個大內核。這種轉變的主要原因可能是單核相對於多核所允許的復用性能損失要小得多。
在推進力升級之後，NSF的評估顯示，任何一個正在考慮中的單核變型都將能夠消耗性地將超過300噸的重量提升到LEO，其中大約一半的容量可以重複使用。（未完待續……）

註：本文從轉載網上翻譯的NSF最新文章，對原翻譯的部分句子或者詞語做了修改，原文作者是菲利普·蓋納。