飞出太阳系到底要什么条件，超级飞船？其实上近地轨道才是王道！

从第一颗卫星到人类登月，不过短短十多年时间，此后的科普杂志上各种空间站与星际飞船的插图，看得读者热血沸腾，曾经以为地球人从此就走向星辰大海，奔向人马座，飞向比邻星！结果却是阿波罗登月辉煌后就此沉寂，前苏联载人登月失败转向无人探测与地球物理勘探，美国转向空间站！

随后美苏各式空间站又在近地轨道上竞相争艳，礼炮、和平空间站、天空实验室等等，又开始让大家充满期待，去不了比邻星也没问题嘛，咱啥时候可以登上近地轨道的巨型空间站度个十天半个月假期也是极爽的！

但再次让大家失望了，礼炮一个个陨落，和平号和天空实验室也早已化作一道流星，天空只剩下一个国际空间站孤零零的在距离地面400千米的高度一圈又一圈的围绕地球运转，如果不是天宫空间站发射升空的话，即使国际空间站延寿也只能到2028年，地球人的独苗苗也将陨落星辰！

为什么会这样？人类星辰大海的伟大梦想为什么60年了还没跨出第二步？

也许这得从阿波罗登月计划开始说起，从前苏联第一颗人造卫星到第一位宇航员开始，肯尼迪就发誓一定要在航天事业上找回美国的面子，阿波罗计划做到了，美国在登月事业上将前苏联远远的甩在了身后，一蹶不振的前苏联彻底放弃了载人登月，使得站在了紫禁之巅的美国突然觉得好冷，因为载人登月的开支即使是裹挟了二战余威的美国依然吃不消，加上没有良性循环机制（太空产业只有投入没有产出）！因此阿波罗后续登月计划被取消只是时间问题！

第二个机遇是空间站计划，从1971年开始前苏联几乎以每年一个的速度更新礼炮系列空间站，美国当然也不甘落伍，天空实验室也是经典，而后期和平号空间站则是第一个长期停留的空间站！但很可惜阿富汗战争让前苏联陷入泥潭，此后十年前前苏联国力渐衰，最终解体！即使是退而求其次的空间站建设上也再无国家和美国竞争！

天空实验室

在国际空间站的建设上，美国甚至拉上包括俄罗斯一起的16个国家一起建设，唯一的理由是分担资金！纵观从第一颗卫星到国际空间站的发展史，唯二影响的因素是资金和生态！

开启人类的宇宙大航海时代需要什么条件？

从上文那么多文字中我们可以归纳出一个结论，就是缺乏资金，因为宇航产也回报周期长，回报率低，任何一个国家在这种长期高投入的条件下，难免会打退堂鼓，因为他们看不到未来！但事实上这只是表面现象，真正的原因是缺乏一种低成本进入近地轨道的方式！

现代进入太空的唯一途径是火箭，这个成本我们可以根据一张火箭各个轨道的运载性能表格中可见一斑！上图是我国新晋长征五号火箭的参数，它近地轨道运载能力是25吨，那么它的起飞质量是多少呢？879吨！这些质量中没有一千克是可以回收的，有效载荷比为2.8%！

这个比例是多高呢？假如你家有一辆车，总质量大约是1500千克，这个比例下只能拉一个42千克的人，大概就一个小女生的重量，而且一趟拉倒目的地后就报废了！我想这个奢侈做法即使是土豪也得考虑考虑吧，但人类从第一颗人造卫星上天以来，总共执行大约数千次任务，每次任务就像超级土豪一样将最好材料与最精密加工的火箭整体丢弃，成为太空垃圾或者不知道掉在地球上哪个角落！

我们急需一种能够进入太空并整体返回并且重复利用的发射手段，钢铁侠马斯克的那种回收方式有必要，但仍然非常浪费，因为它只有一级火箭发动机可以使用，其它不是不能回收，而是轨道太高了，三级分离时已经在轨道上！

空天飞机就是那种我们想要的飞行器！

火箭再节省也得丢弃二级火箭和三级火箭，即使全部回收也浪费大量氧化剂，因为火箭发动机这种特性需要自身携带氧化剂，而从地面到几十千米的高度时大气层内仍然含有大量氧气，可以作为燃烧的氧化剂，因此我们需要一种：

1. 1. 水平起飞，涡轮喷气加速到超音速
2. 2. 音速达到2倍时切换到亚燃冲压模式
3. 3. 达到5-6倍是切换到超燃冲压模式
4. 4. 最后启动火箭发动机模式将载荷送入近地轨道
5. 5. 完成任何后整体穿过大气层返回地面

在这个过程中除了载荷、燃料和火箭工作阶段的氧化剂以外，没有其他质量损失，飞行器下一次可以继续使用，唯一的成本是燃料以及穿过大气层后烧蚀部分修复。这就是进入近地轨道而已，和人类星辰大海的梦想有什么关系？

飞出太阳系进入宇宙大航海时代到底需要什么条件？

想要列出这个条件其实并不难，我们来盘点下现代科技中能飞向另一颗行星的方法有几种？

1. 1. 化学火箭，现代最常用的一种发动机
2. 2. 电推进火箭（离子电推或者霍尔电推）
3. 3. 光压推进的太阳帆（土星以外轨道探测有难度，因为阳光太弱）
4. 4. 核裂变推进（著名的猎户座飞船在屁股后面丢核弹，技术上能实现）
5. 5. 核聚变推进（一般用惯性约束控制聚变方式推进，尚未实现）

前两种现代技术已经成熟，至少在卫星和探测器上已经反复验证多次，第三种光帆也已经测试，第四种核裂变推进停留在图纸上，因为实在是太暴力了，第五种仍然还在实验室里，地面上都还没取得突破！但无论是哪种技术，如果要飞出太阳系的话，我们得在近地轨道上组装一艘巨大的飞船，假如按种花家要求的话，至少得有个“离心力”模拟重力的环形工作舱吧，否则在失重状态下过几十年，那回到地球上都废了！

根据0.5G的要求，在人体舒适度1.5-2周旋转产生模拟重力，大约需要200M直径以上的环形舱室，这是一个多大的概念？大约是国际空间站最大尺寸的两倍，各位要知道国际空间站从1998年第一个曙光节点舱开始到2011年最后一个多用途增压舱建设完毕，总共用时13年，执行任务次数33次，大都用的是航天飞机和俄罗斯质子号火箭，建设总耗资1500亿美元！

• 能将大量物资低成本送上近地轨道将决定任务成败的关键！

国际空间总质量约420吨，仅能保证6人常驻，为保证这6人日常需要，每年还需往返数次以保证后勤供给，假如我们要前往太阳系边陲，比如冥王星执行一次载人任务，按速度最高的新视野号9.5年到达冥王星，那么来回需要19年，这个物资储备将是海量的。请问执行任务的飞船和物资是否需要火箭送上去？一个国际空间站1500亿美元的建造费用由16个国家来承担，这次冥王星载人任务由谁来承担？

• 如何选择发动机？

• 上文中的发动机类型中，我们只能在成熟第一和第二种之间选择，很明显化学火箭的燃料携带比太高，而电推进火箭则需要电能，上文也说明了土星轨道以外太阳能电池效率明显下降不足以维持使用，因此空间堆加上电推进火箭是未来太阳系边陲探测的最佳配置。

  霍尔电推原理图

  包含空间堆和太阳能电池的电推飞船

• 飞出太阳系需要什么样的配置？

• 最近的恒星是4.22光年外的比邻星，这个速度不是化学能火箭或者电推火箭所能够着的，或者说时间上绝对不允许，假如需要规划如此尺度上计划，那么“世纪睡船”或者建造生态循环的飞船就是必须的，而这中飞船的建造的规模对于人类来说，无疑是一个超级大工程！

  但这些规划必须有一个前提，就是上文所说的怎么样大规模抵达近地轨道，这是未来一切规划的前提，我们无需将眼光放得太远，如何先折腾上LEO，然后就会发现，前方将豁然开朗！