，詹妮弗赫德曼盯著桌上的電腦屏幕，觀看一枚火箭的上面級撞上月球南極附近的一個隕石坑以科學(xué)的名義，這塊 2.3 噸重的鋼鐵在撞擊月球時的沖擊力相當(dāng)于 2 噸 TNT 炸藥

SpaceX 公司星艦前往土星系統(tǒng)的想象圖

那是 2009 年 10 月，赫德曼在美國國家航空航天局艾姆斯研究中心的科學(xué)操控中心追蹤了這次撞擊作為一名 33 歲的行星科學(xué)家，這是她為 NASA 執(zhí)行第一個重大任務(wù)，主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)地面望遠(yuǎn)鏡對撞擊進行觀測

NASA 試圖通過月球坑觀測和傳感衛(wèi)星任務(wù)觸及月球上的冰20 世紀(jì) 60 年代和 70 年代初，阿波羅號飛船登上了月球，然后發(fā)現(xiàn)這是一個灰色，貧瘠的世界但后來，科學(xué)家們開始相信，在月球兩極的隕石坑邊緣下方，有一些水冰就存在于永久陰暗的月壤中，這是數(shù)十億年來彗星撞擊的殘留物半人馬座火箭的任務(wù)目標(biāo)就是撞擊其中一個隕石坑，驗證科學(xué)家們的猜想是否正確

在仔細(xì)研究了撞擊數(shù)據(jù)后，NASA 宣布，半人馬座火箭撞擊所激起的物質(zhì)羽流中確實發(fā)現(xiàn)了水，以及月球巖石在受到撞擊時噴出的物質(zhì)。

對詹妮弗赫德曼來說，這是她職業(yè)生涯的關(guān)鍵時刻之一這段經(jīng)歷堅定了她對行星科學(xué)的興趣，特別是追蹤其他星球上的水這項任務(wù)的結(jié)果有著如此深遠(yuǎn)的影響，實在令人驚訝，她說道

在月球上發(fā)現(xiàn)水冰開啟了一個新的時代行星科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，在太陽系中，冰和水幾乎無處不在:在木衛(wèi)二和土衛(wèi)二，在火星表面，甚至在更遙遠(yuǎn)的星球上，比如冥王星的內(nèi)部或海王星最大的衛(wèi)星 —— 海衛(wèi)一，都有水冰的存在

這些發(fā)現(xiàn)帶來了各種令人遐想的前景在有水的地方 —— 或者曾經(jīng)有水的地方 —— 生命就可能發(fā)展起來因此，科學(xué)家們已經(jīng)不只是在火星長期干涸的湖床中尋找化石，也開始在木衛(wèi)二，土衛(wèi)二和其他星球的浩瀚海洋中尋找生命有機體對于人類的太空探索事業(yè)，水的廣泛存在也提供了巨大的機會:哪里有水，哪里就有火箭燃料的組成部分 —— 液氫和液氧

在很大程度上，這些發(fā)現(xiàn)也影響了 NASA 科學(xué)和載人航天計劃的重心在該機構(gòu)每年約 30 億美元的行星科學(xué)預(yù)算中，有越來越多的資金是用來支持可能在其他星球上發(fā)現(xiàn)生命證據(jù)的任務(wù)過去四年里，NASA 一直在制定一項計劃，希望將宇航員再次送上月球，并在那里提取水，為將來把人類送上火星做準(zhǔn)備

對科學(xué)家來說，問題總是比答案多，而可用資金往往不足以滿足他們想要執(zhí)行的任務(wù)水在太陽系的普遍存在進一步激發(fā)了行星科學(xué)家們的興趣，他們想讓探測機器人前往太陽系更遠(yuǎn)的地方，確定各個星球上冰沉積物和地下海洋的特征伴隨著我們對太陽系的了解越多，其奧秘也越來越多，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我們的想象因此，尤其令人沮喪的是，我們目前還無法飛到那些神秘的星球上，真正解開這些奧秘

那么，如果我們可以做到呢。

一些行星科學(xué)家已經(jīng)開始認(rèn)同一個觀點，即例如 SpaceX 公司的新型火箭星艦具有前所未有的運載能力，并具有非同尋常的低成本潛力，可能會讓太陽系探索進入一個新的時代想象一下，我們可以向木衛(wèi)二發(fā)射著陸器，探索其巨大，溫暖的次表層海洋在最近的 NASA 計劃會議上，行星科學(xué)家們就考慮了這項任務(wù)的可能性，他們向木衛(wèi)二發(fā)射一臺耗資數(shù)十億美元的復(fù)雜航天器，開展更深入的科學(xué)研究，在最佳條件下，這臺航天器的大小和質(zhì)量只能與迷你冰箱相當(dāng)

相比之下，如果有了類似星艦這些更大能力的太空運輸工具，人類或許就能夠?qū)⒏嗟目蒲杏行лd荷發(fā)射到木衛(wèi)二，其大小相當(dāng)于一幢沒有家具的單層房屋，以我們以前從未想過的方式到達(dá)外太陽系，這將為探索這些世界提供一種革命性的嶄新方式。

星艦的源起

SpaceX 公司的工程師們已經(jīng)在星艦的研發(fā)上努力工作了大約 5 年時間，并在過去的 12 個月里，完成了數(shù)次初期飛行測試盡管還有很多技術(shù)性工作要做，但該公司目前在研制的這種超重型火箭具有許多優(yōu)勢，包括可重復(fù)利用和低成本，而且有可能將多達(dá) 100 噸重的火箭送到太陽系大多數(shù)天體的表面

SpaceX 公司的創(chuàng)始人埃隆馬斯克將星艦視為將人類送上火星，并最終在那里定居點的關(guān)鍵火箭不過，在行星科學(xué)家們看來，這樣的航天運輸工具在科學(xué)，探索和防御方面還有無數(shù)其他的用途

高度可靠的星艦可能還需要幾年的時間才能問世，但從 2022 年初開始，SpaceX 公司可能會進行一系列的軌道測試飛行現(xiàn)在，NASA 的載人航天項目也對星艦非常有信心，以至于將其作為其阿爾特彌斯月球計劃的著陸系統(tǒng)如果星艦最終失敗的話，NASA 可能就不會重返月球了

2021 年 8 月，星艦的飛船部分吊裝到了超重型助推器上方

星艦可以為前往火星和其他星球的任務(wù)提供前所未有的大量有效載荷，詹妮弗赫德曼說，行星科學(xué)家需要思考的問題是，我們?nèi)绾卫眠@種非凡的能力如果我們想抓住這些機會，在無人測試飛行中獲得有效載荷，那現(xiàn)在就需要行動起來

2018 年，SpaceX 公司首次接觸行星科學(xué)界，并通過舉辦一系列火星研討會解決了一些基本問題，比如火星上可能的著陸點，以及與人類在火星表面安全生活和工作有關(guān)的知識空白。

該公司還邀請了火星研究領(lǐng)域的知名人士，有幾十人參與其中一些研究者已經(jīng)接受了 SpaceX 公司的愿景，但也有人持懷疑態(tài)度伴隨著時間的推移，也伴隨著 SpaceX 建造并測試了原型機，就連一些懷疑者也開始相信星艦的潛力

伴隨著星艦逐漸成為現(xiàn)實，人們的想法也開始改變，曾參與火星研討會的行星科學(xué)家，火星專家塔尼婭哈里森說，NASA 選擇使用星艦來執(zhí)行月球任務(wù)，是對其可靠性的巨大提升

新的白皮書

來自學(xué)術(shù)界，工業(yè)界和 SpaceX 公司的 20 多名火星研究人員在這份白皮書上簽了名他們向 NASA 的領(lǐng)導(dǎo)層發(fā)出了響亮的呼吁，希望后者能為開發(fā)星艦的科學(xué)有效載荷提供資金

這些科學(xué)家和工程師寫道:NASA 必須制定一個與星艦開發(fā)路徑一致的資助計劃，包括一個快速的發(fā)展時間表與傳統(tǒng)的行星科學(xué)任務(wù)相比，星艦具有相對較高的風(fēng)險承受能力，如果成功，最終將帶來較高的潛在科學(xué)價值

星艦與以往運載火箭的的關(guān)鍵區(qū)別在于質(zhì)量如今，當(dāng)一名科學(xué)家計劃探索另一個星球時，會面臨兩大制約因素:成本和質(zhì)量星艦可能對成本有一些影響，能用更少的錢發(fā)射更多的火箭但最大的變化是，科學(xué)家們不再需要過度關(guān)注質(zhì)量他們可以攜帶更多的儀器，擁有更多的防護，這完全改變了游戲規(guī)則，哈里森說道

多年來，NASA 關(guān)于行星探索的最高優(yōu)先級一直是從火星帶回巖石樣品，然后在地球的高科技實驗室中進行詳細(xì)研究最后，該機構(gòu)提出了一個與歐洲空間局合作的基線計劃，并開始為火星樣品返回任務(wù)爭取一些資金如果一切順利，NASA 希望在 2031 年前從火星帶回數(shù)公斤的巖石樣品

由于星艦不僅可以在其他星球上著陸，還可以從其他星球起飛，因此它完全有能力改變火星樣品返回任務(wù)據(jù)估計，星艦可能將帶回兩噸的巖石樣品，而不只是兩公斤

這種可能性讓行星科學(xué)家們感到十分興奮，而且不僅僅是年輕一代美國布朗大學(xué)的詹姆斯海德在 20 世紀(jì) 60 年代曾幫助 NASA 選定了阿波羅任務(wù)的登月地點，并參與訓(xùn)練了在那里著陸的宇航員之后，他又開始了杰出的行星科學(xué)研究生涯

海德熱情地在白皮書上簽了名，并表示自己很欣賞 SpaceX 公司的愿景，并愿意為實現(xiàn)這一目標(biāo)做出努力他還在位于加利福尼亞州霍桑的 SpaceX 公司總部看到了曾推動阿波羅計劃的那種青春氣息，活力和決心站在 SpaceX 工廠的地板上，我體驗到了最接近阿波羅計劃的感覺，海德說

NASA 會如何行動。

美國國家航空航天局的毅力號探測器在火星上來了一張自拍

目前，建立一個專門資助星艦科學(xué)有效載荷的 NASA 項目似乎有點牽強NASA 通常傾向于將項目交給多個競標(biāo)者，而不是為一個特定的飛行器創(chuàng)建特定的項目而且，即使 NASA 的領(lǐng)導(dǎo)層決定創(chuàng)建一個星艦科學(xué)有效載荷的特定項目，美國國會是否會同意也值得懷疑國會議員喜歡為他們的選區(qū)和州提供就業(yè)機會，而 NASA 的傳統(tǒng)承包商滿足了這一需求相比之下，SpaceX 公司非常注重削減成本和提高效率，其工作在少數(shù)幾個州進行，雇傭的承包商相對較少

此前，NASA 為阿爾忒彌斯計劃的人類著陸系統(tǒng)舉辦了一場競標(biāo)，并最終將 SpaceX 的星艦作為唯一選擇美國國會對此提出了激烈的反對可是，對于前往月球，火星及更遠(yuǎn)星球的科學(xué)有效載荷計劃，如果只能選擇 SpaceX，美國國會就將爆發(fā)更猛烈的反對聲浪

以火星樣品返回任務(wù)為例NASA 計劃與太空領(lǐng)域的重要盟友歐洲空間局合作，發(fā)射一輛樣品取回漫游車和一輛由諾斯羅普格魯曼公司為 NASA 制造的升空載具這項任務(wù)的發(fā)射時間不早于 2026 年，可能會搭乘聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟的新型運載火箭火神然后，歐洲制造的返回軌道器將搭載同樣由歐洲開發(fā)的阿麗亞娜 6 號火箭，將少量樣品帶回地球

不過，也有一些相關(guān)人士提出，還有其他的選擇有人建議，NASA 應(yīng)該建立一個商業(yè)火星有效載荷服務(wù)項目，以此分發(fā)向火星運送科學(xué)有效載荷的合同

借鑒 CLPS 項目

商業(yè)火星有效載荷服務(wù)項目將借鑒 NASA 的商業(yè)月球有效載荷服務(wù)項目，后者的主要目的是向私人公司提供資金，建造能夠?qū)?NASA 有效載荷運送到月球表面的航天器，如月球著陸器 / 飛行器，月球車和運載火箭等到目前為止，NASA 已經(jīng)為不同競標(biāo)者提供了 6 份合同，到 2028 年的總預(yù)算為 26 億美元

火星探索計劃分析小組的科學(xué)家們已經(jīng)提出了類似的想法，他們認(rèn)為類似 CLPS 并以火星為重點的項目可以促成未來火星探索技術(shù)及科學(xué)有效載荷的開發(fā)。

在一個商業(yè)化的火星項目中，NASA 可能會為其研究中心和其他學(xué)術(shù)團體提供資金，由科學(xué)家們負(fù)責(zé)開發(fā)運往火星的科學(xué)有效載荷，并讓他們?yōu)槭褂眯桥炋峁┲С诌@可能會緩解 NASA 的一些政治壓力

NASA 的科學(xué)任務(wù)總負(fù)責(zé)人托馬斯祖布?xì)J也支持 CLPS 項目，并愿意承擔(dān)一定程度的失敗風(fēng)險他表示，NASA 應(yīng)該考慮所有大型火箭在未來幾年上線，并充分利用它們的能力

未來的可能任務(wù)

在建造更多行星航天器的過程中，伴隨著科學(xué)家們越來越少地考慮質(zhì)量限制，他們也將遇到其他障礙世界上只有相對少數(shù)的人知道如何制造這樣的航天器，培訓(xùn)更多的人需要時間，另一方面，航天器可以接受真空和振動測試的地面設(shè)施也十分有限，然后是成本問題 —— 科研探測器發(fā)射時最昂貴的部分不是火箭，而是探測器

一位 NASA 的高級官員認(rèn)為，由于執(zhí)行飛行任務(wù)的是星艦，因此科學(xué)任務(wù)理事會的預(yù)算應(yīng)該不會突然翻倍相反，星艦最終會降低航天器發(fā)射的成本，尤其是在有能力頻繁發(fā)射的情況下

未來 SpaceX 公司可能會每兩年提供一次飛往木星的定期拼車飛行多個不同大小的探測器可能會搭載同一艘星艦，借助其動力和推進力到達(dá)木星系統(tǒng)一旦到達(dá)那里，每個航天器都可以飛到各自的軌道或目的地，并依靠星艦作為通信中繼，將信號傳回地球這將為每個航天器的發(fā)射省下大量的質(zhì)量空間和推進劑

SpaceX 公司可能在 2024 年將其第一艘星艦發(fā)射到火星，這可能只是一次測試飛行，以證明這個巨大的飛行器可以執(zhí)行進入火星軌道的任務(wù)在 NASA 的日程安排上，還沒有任何科學(xué)探測任務(wù)能趕得上此次首飛，但下一個火星窗口將在 2026 年底開啟，對 SpaceX 和 NASA 來說，這似乎是一個更合理的時間點

對 NASA 來說，在這段時間內(nèi)將科學(xué)有效載荷裝上飛往火星的星艦，還是有相當(dāng)多可能性的NASA 噴氣推進實驗室可以用一套完全不同的科學(xué)儀器，制造一個毅力號火星車的復(fù)制品NASA 還可能發(fā)射兩臺火星勘測軌道飛行器的復(fù)制品，以替換火星上已經(jīng)老化的通信基礎(chǔ)設(shè)施工程師們還可以擴大火星氧氣原位資源利用實驗的規(guī)模，從火星大氣中產(chǎn)生更多的氧氣此外，NASA 還可以發(fā)送一個更大的鉆頭，深入火星地下，看看其內(nèi)部是否真的更溫暖，潮濕

NASA 的一位消息人士說:我們也很高興用機智號這樣的航天器裝滿星艦今年早些時候，機智號無人直升機隨毅力號登陸火星，并成為第一架在另一個星球上進行動力控制飛行的飛行器

埃隆馬斯克自己也意識到與科學(xué)界合作并提升星艦可行性的重要性前不久，馬斯克在美國國家科學(xué)院與科學(xué)家們進行了一個多小時的交談，就星艦，行星科學(xué)和其他更深奧的話題表述了自己的見解

星艦在設(shè)計上是一個更廣大太陽系的通用運輸裝置，馬斯克說，你可以把一個 100 噸重的物體帶到木衛(wèi)二表面這比用小型火箭能運載的要多得多所以，我想這是非常令人興奮的顯然，我們還有很多事情需要證明但從架構(gòu)的角度，星艦幾乎可以將任意質(zhì)量運輸?shù)教栂抵械娜魏喂腆w表面