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在美国策划的“人类重返月球”项目中，一项革命性的太空技术即将进入关键 阶段。
根据美国航空航天局（NASA，N ional Aeronauti and S ce Administr ion）官员 披露，美国探索技术公司 S ceX 计划最早于 2025 年 3 月进行首次轨道燃料转移 ，试图用新技术为人类时隔半个多世纪后重返铺平道路。
在今年 3 月的 飞行中，S ceX 已迈出了关键的一步。它成功实现了飞船内部两个油箱之间的低温推进剂（液氧）转移。
这次 得到了 NASA 的资金支持，并且让工程师们得以深入了解在低重力环境下的行为特征。
接下来的轨道 ，将有望成为航天史上 挑战性的任务之一。
图 | S ceX 计划于 2025 年进行船对船推进剂转移演示（来源：NASA）
据披露，S ceX 届时将在三到四周内连续发射两艘星舰。
艘将作为目标飞船在低地球轨道等待，配备增强型电源系统和更大容量的电池，以确保有足够的能源维持较长时间的轨道运行。第二艘则扮演 船的角色，负责输送燃料。
两艘飞船都将为内部管道配备热绝缘层和真空护套，以最大限度减少推进剂的损耗，这些技术细节对整个任务的成功至关重要。
在实际操作中，两艘星舰将在距地面数百英里的太空中进行自主对接。对接方式将是“腹对腹”的，过程虽然困难，但 S ceX 可以借鉴其多年来向发射龙飞船积累的经验。
图 | S ceX 船对船 示意图（来源：NASA）
与龙飞船不同的是，执行对接任务的星舰油箱中仍装有推进剂，它们可能会在机动过程中产生晃动，给控制系统带来额外的挑战。
为了应对这一问题，工程师们计划密切监测推进剂的晃动情况和油箱压力，并观察流体如何响应小型推进器的脉冲（微调）。
一旦两艘飞船成功对接，它们将使用与地面加注推进剂相同的接口进行连接。
推进剂将通过油箱之间的压力差进行转移，同时还要避免消耗过多的燃料。这种方案比使用泵送系统更为简单可靠，不过具体操作细节仍在打磨之中。
据估计，每次月球任务可能需要执行约 10 次轨道 ，但这一数字很可能会随着项目的进行而改变。
目前星舰可以装载约 1200 公吨推进剂。S ceX 正在开发更大型号的星舰，以便运载更多货物和燃料进入轨道，减少未来月球任务所需的 次数。
此外，S ceX 计划在美国德克萨斯州的星舰基地增建发射塔，并在美国佛罗里达州太空海岸建设至少两个星舰发射台，为未来频繁的发射和 任务做准备。
计算机模型和来自众多火箭的飞行数据显示，其已经可以控制低温蒸发、燃料箱压力和推进剂在太空中的沉淀。
但是，从未有人尝试过将低温推进剂从轨道上的一个航天器输送到另一个。
“在我看来，太空低温传输相关的技术问题都已经 。”
S ceX 竞争对手联合发射联盟的前首席科学家乔治·索尔斯（George Sowers）对媒体表示，“现在只需要演示和微调技术和程序。我认为我们正处于转折点，很高兴看到 S ceX 正在努力实现这一目标。”
图 | 两艘星舰输送燃料的渲染图（来源：S ceX）
NASA 已与 S ceX 签署了价值 40.5 亿美元的合同，订购两艘载人星舰飞船。这些飞船将在“阿尔忒弥斯”（Artemis）计划中发挥关键作用，预计在 2026 年 9 月实现自阿波罗时代以来的首次载人登月。
值得一提的是，2023 年，NASA 还与美国航天公司蓝色起源（Blue O gin）签订了合同，共同开发其“蓝月”（Blue Moon）月球着陆器，为登月任务提供了双重保障。
NASA 月球与火星项目负责人阿米特·克沙特里亚（Amit Ksh ya）公开表示，星舰的 计划正在稳步推进。
自今年 4 月起，S ceX 已在生产方面取得显著进展，火箭发动机正源源不断地运抵工厂。
然而，真正的挑战在于技术创新，尤其是轨道 这一前所未有的壮举。“这是一个重大的开发挑战，但也是我们必须攻克的难关，我们正在为深空探索建立蓝图。”克沙特里亚对媒体表示。
令人鼓舞的是，在 10 月 13 日 中，S ceX 首次成功使用发射塔上的“筷子”装置捕获了 重型火箭助推器，展现了其在火箭回收技术方面的又一重大突破。
在 中，当星舰助推器降至离地面约 2000 米时，13 台发动机同步进行制动减速，并控制助推器姿态和飞行轨迹。
下降一段距离后，10 台发动机被关闭，仅留下 3 台继续调整姿态，使助推器落在两根机械臂（“筷子”）中间，并被其成功捕获。
图 | S ceX 完成了“筷子夹火箭”（来源：S ceX）
在接下来的关键时期，NASA 将密切关注星舰的设计。NASA 宇航员每月都会与 S ceX 团队会面，就飞船内部设计提供意见。
与此同时，S ceX 正在其位于美国博卡奇卡的基地建造船员舱的实体模型，包括睡眠区和实验室。这些设计将在 2025 年夏季的关键设计评审中，接受 NASA 的检查。
鉴于“在轨 ”技术前所未有，S ceX 团队预计会进行多次 。
究竟能转移多少燃料？整个过程需要多长时间？实际效果是否与分析预期相符？这些问题都需要通过实践来回答。
团队可能需要进行三次以上的推进剂转移 ，才能完全掌握这项技术。
这项开创性的技术不仅将支持人类重返月球，更为未来深空探索开辟了新道路。
一旦成功实现轨道 ，人类将能够在地球轨道之外运送更多的有效载荷，这对于建立月球基地和实现火星 等深空探索目标都具有重要意义。
参考资料：
https://techcrunch.com/2024/11/01/-wants-to-test-refueling-starships-in-s ce-early-next-year/
https://arstechnica.com/s ce/2024/04/-explor ion-chief-lays-out-next-steps-for-starship-develo ent/#gsc.tab=0
排版：刘雅坤
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