摘要：SpaceX CEO马斯克周二在国际宇航大会上公布了移民火星计划——10年内完成。他说，需要1000艘宇宙飞船来运送100万人到火星。只要火星飞行花费降低到每个人的票价相当于美国普通住房的价格（或者20万美元），这个目标就可能实现。马斯克表示，希望把火星飞行的人均花费从传统方式的100亿美元，降到接近20万美元。
我要说的是，这可能是一场堪比约翰·肯尼迪“We choose to go to the moon”的演讲，这是人类航天史上截至目前最疯狂、最宏大、却又最真实的一套火星殖民计划！没有之一！
这个计划刷新和挑战了人类航天工程的极限！
如果你不信，上视频！
SpaceX演示移民火星视频
这个视频或者说方案，之所以能够震撼到笔者，而且我们今天拿出来与NASA的DRA 5.0载人登陆火星计划一样正式讨论，而非将其视为科幻小说中的情节，主要是因为以下几点原因：
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这部短片中的所有外形和数据都是根据计算机仿真模拟数据生成的，而非纯粹的脑洞和科学幻想。
这是片中ITS飞船的计算流体动力学（CFD）仿真截图，飞船所采用的防热材料正是SpaceX已经成熟使用的PICA-X（酚碳热烧蚀板，Phenolic Impregnated Carbon Ablator)，这种材料在好奇号火星车上有过应用，对付火星大气绰绰有余。
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片中的巨大的“星际运输系统”（Interplanetary transport system，简称ITS，也可以称之为行星间运输系统）的两个最关键的技术——代号“猛禽”的液氧甲烷发动机和12米直径的碳纤维复合材料储箱，已经生产出了实物，并且投入测试当中。
由日本东丽公司提供原料的12米直径碳纤维复合材料二级测试用液氧储箱实物
这是人类航天史上最大直径的储箱实物，土星五号和SLS都甘拜下风。
前天刚刚开始点火测试的代号为“猛禽”（Raptor）的液氧甲烷火箭发动机，设计目标为310吨真空推力，382秒比冲，30MPa的超高室压，甚至高于著名的RD-180的27.8MPa（维基数据），全可复用设计，推力能够深度节流到20%。
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这套系统在起飞时采用了多达42个一级引擎，起飞推力127800kN，单个猛禽（Raptor）发动机推力3082kN；将12800吨的东西一次送离开地面，你可以想象一下，这相当于4枚将人类送往月球的土星五号运载火箭（也可以说尚未首射的SLS）同时起飞所带来的震撼
土星五号，人类有史以来最成功的重型运载火箭，曾将人类5次送上月球，起飞推力约3400吨，140吨低地轨道运载能力。现在，SpaceX宣布要建造一个4倍于土星五号推力，4倍于土星五号运力的怪物火箭！
首先我们简单回顾一下这段视频的任务架构，首先这个系统现在被称之为“星际运输系统”（Interplanetary transport system，简称ITS，以后可能还会改），由ITS助推器和ITS飞船两部分组成（分别叫ITS Boost和ITS Ship）。之前一直被称之为ITS助推器被称之为BFR（Big Falcon Rocket）火箭和MCT（Mars Colonial Transporter）飞船。
整个系统准备就绪
前往火星的“先驱者”们开始登船
火箭在卡纳维拉尔角的LC-39A发射台准备升空
多达42台猛禽发动机发出撼山动地的轰鸣，火箭升空
ITS助推器和ITS飞船分离
ITS飞船其实就是我们常说的火箭二级，只不过它和飞船结合到了一起。之所以这样做是出于全可复用思路的要求，因为现在的猎鹰9火箭二级无法复用。
ITS助推器飞回发射场
这与现在猎鹰9的回收方式基本一致，但是由于ITS助推器太过巨大，采用驳船回收已经基本不可能。
无人ITS加油船（ITS Tanker）
无人的加油船中装满液氧和甲烷燃料，和刚刚返回的ITS助推器重新组合再次发射，笔者个人观点，这块儿脑洞有些大。
在轨对接加注，加油船把所有燃料都输送给载人的ITS飞船，仅剩下返回地面用的燃料，加注完成后加油船再入返回地面。
3-5次加注完成后，载人的ITS飞船正式启程前往火星，进入MTO轨道，采用200kw的巨大太阳能电池板来为飞船供电。
进行数个月的深空飞行后，到达火星
依靠ITS飞船的升力体结构再入火星大气
最后调转方向，伸出着陆腿，采用反推着陆
到达火星
有关如何返回地球的问题，视频中并没有交代，但是演讲中有所涉及，我可以给大家解释一下。由于到达火星后，飞船的储箱燃料已经彻底耗尽，所以需要用到一个非常先进的概念，也就是ISRU——原位资源利用。利用成熟的甲烷化反应，如下图，采用火星大气层中取之不尽用之不竭的二氧化碳，生成返程所需要的液氧和甲烷。然后还是采用ITS飞船，独立返回地球（火星重力只有地球三分之一，所以入轨要简单的多），继续经过数月的深空飞行，再入地球大气，反推着陆地球，经过翻修和检查，准备下一次任务。
图中为包括甲烷化反应的ISRU链条，有兴趣的可以看看祖布林博士的《赶往火星》这本书，解释得非常详细，马斯克方案也充分继承了其方案精髓。
现在，我们来具体谈一下整个任务架构中涉及到的一些关键技术、基本参数和一些需要达到的逆天指标。
为什么要去火星的理由1：
火星是太阳系内最像地球，也最有潜力改造成第二个地球的行星。
为什么要去火星的理由2：
它是离地球最近的一个可居留行星，这很重要，金星也不远，但是环境极其恶劣，根本没法住。
整个ITS的设计理念——全可复用、在轨加注、在火星反推着陆、正确的推进剂组合，这和笔者之前猜测完全一致，当然细节有所不同。不行可以看往期文章啊，里面对猛禽的猜测就是这样的。其实还应该有一条，那就是surface to surface（地表到火表），轨道上不留东西，在轨加注虽然破坏了这个原则，但是基本理念是surface to surface的。这和传统的NASA主导的DRA载人火星登陆架构完全不一致，NASA方案一直都有巨大的电推或者核推飞船在轨。
《火星救援》中的赫尔墨斯号地火转运飞船
巨大的转运飞船不降落在任何星球表面，这就是NASA火星任务架构的特色之一。
终极目标：
在火星建立一个自给自足的人类社会，必要条件——整个ITS系统的全可重复使用。
对比可复用的载人登火方案和一次性登陆方案的费效比问题，引出燃料组合的问题。
对比了液氧煤油、氢氧和液氧甲烷三种燃料组合
分别从飞船尺寸、推进剂价格，可复用性，火星制取难度和推进剂可储存性来对比，最后液氧甲烷胜出！
起飞质量：
10500吨，起飞推力13033吨，高122米，直径12米，一次性LEO运力550吨，可复用状态下LEO运力300吨，感受一下，土星五号在其面前就像一个小小的窜天猴。
内部结构
碳纤维复合材料储箱，液氧甲烷推进，自生增压设计，这就摆脱了猎鹰9两次失败的原因——氦气增压系统
ITS助推器，77.5米高，12米直径，干重275吨，推进剂质量6700吨，多达42台猛禽发动机，这已经碾压了史上发动机数量最多的N1火箭
感受一下N1的30台发动机
42台，分成三个部分，内环、外环和中央，只有中央的7台发动机可以矢量摆动
（其实这都不是关键，如此多发动机同时工作产生的复杂耦合振动才是最要命的）
重头戏：猛禽发动机
全流量分级燃烧循环，预冷的液氧和甲烷，海平面和真空的膨胀比分别为40和200，其余参数前面有，还有一个，猛禽和现在用的梅林系列发动机大小基本一致，推力确实三倍多，当然室压也是，炸一个了不得啊；此外能够节流到20%也是相当逆天。
会上放出了此次猛禽试车的视频，时间很短只有几秒，马斯克说——很意外这次试车没有炸，哈哈。
ITS飞船的参数
49.5米高，最大直径17米，采用了3个海平面（小喷管）的猛禽发动机和6个真空版（大喷管）的猛禽发动机，其中三个海平面版用于着陆，飞船分为载人和无人加油船两种，远期目标是可以一次性搭载100人前往火星。
火箭运力对比，各种逆天
不同年份的地火转运时间和运力对比
马斯克表示，乐观的话，从2019年开始测试ITS系统，2022年ITS将第一次飞往火星，当然这一切都太乐观了。
二级液氧储箱试验件的内部
航空目标，不止是火星，之所叫“星际运输系统”，因为它还可以去得更远，当然这都是后话了。
谈一些比较棘手的问题，再震撼观众之后，其实老马还是有很多关键问题没解释清楚，比如辐射、人工重力、返回、逃逸等等，当然最重要的是整个项目天文数字般的花费从何而来。
粗略的费用构成何复用次数之间的曲线
理想目标是100万美元一位，而且只有小部分人能回来，不知能否行得通
这五条的利润能把这家公司维持住就不错了，钱果然是个大问题，马斯克也绕不开
2002年SpaceX创办时的所有员工
14年过去了，马斯克当年吹过的牛一个个都实现了，所以这次我们也看好他吧。
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