本月，将有两场SpaceX参与的火星研讨会，第一场闭门会议邀请了包括NASA、学术界和工程界（甚至包括斯伦贝谢）的60名专家参与，主要讨论如何实现一些目前难以完成的火星探索任务。第二场将在月末举行，演讲人还是SpaceX的火星项目负责人Paul Wooster，但对象变成了火星学会（The Mars Society），该学会是由狂热的火星爱好者组成的非营利组织。有媒体称SpaceX将在这两场会议中展示目前BFR及其火星项目的最新进展，并就火星载荷投送、钻探取水、ISRU、火表居留等问题和技术挑战进行征询。随着BFR细节的日渐清晰，突然想起来去年有一个长期连载还有最后一期一直烂尾，所以值此机会，我诈尸一下，奉上这篇文章的最后一期（文中部分信息现在已经更新，我会特意注明的）。然后在本文完结后，我们将继续连载NSF网站有关BFR演变的最新文章，敬请期待。
本文原作者Phillip Gaynor，Dixon通译全文，FP校对，跆拳道大灰狼排版配图，这是本系列最后一期。
如果你觉得本文看的有些懵，没关心，因为这是去年一系列长篇连载的最后一期，前三期奉上：
首先重新澄清几个名词：
MCT：Mars Colonial Transporter（火星移民运输船），这是SpaceX火星任务架构最早的名称，在2016年9月正式公布之前，这一直都是最通用的叫法。
ITS：Interplanetary Transport System（行星际运输系统），这是SpaceX在2016年9月正式公布后对整个运输系统的新名称，改名的主要目的是为了表达这套系统不止能够前往火星，也可以前往太阳系的其它星球。（现在来看能去火星就已经烧高香了，老马你可轻点儿吹吧）
BFR：Big Falcon Rocket，这是在MCT时代的叫法，后来在2016年改名为ITS，指的是将MCT飞船送入轨道的火箭部分。也有一种全称是Big Fuc--ing Rocket。2017年公司又重新改称BFR，并成为目前的通用叫法。现在BFR分为BFR booster、BFR spaceship、BFR tanker三个部分。
加油船：一般称之为Tanker，专门为MCT飞船进行在轨加注的一种飞船，其实它只是MCT飞船货运版的一种。
MCT飞船：也就是ITS飞船，指的是SpaceX设计的能够前往火星的移民飞船，实际是。
图中的ITS虽然壮观，但目前已经凉凉，BFR看样子将有望成真
The Evolution of the Interplanetary Transport System
行星际运输系统的演化
By Phillip Gaynor
（完结篇）
MCT飞船和加油船（就是现在BFR的二级，也叫BFR Ship和BFR Tanker，主页君注）都在其后部设置有对接口并配有将自动断接器（请联想天舟一号和天宫二号在轨加注所使用的液路浮动断接器）。具体加注方式有三种考虑，包括毛细管作用，隔膜舱，以及通过旋转和压力辅助。由于前两个方案对于这样大的飞船设计是不切实际的，所以目前只能选择后者。
现在的BFR Ship设计，比ITS时代更小，发动机更少
NSF团队预计一艘加油船将首先由其他几个加油船加满，然后将所有推进剂一次性转移到准备正式启程赶往火星的MCT飞船上。这种设计将减少人员在零重力和宇宙辐射的暴露时长，同时减少粮食等供应的消耗。（翻译君：还有对接爆炸的风险吧，把人炸飞就好玩了…）
根据“线人”透露，当时MCT飞船和加油船的其他设计元素也已经决定。一个特点是在储箱内另设一个较小的球形储箱来专门装载着陆反推所使用的推进剂。这样做是为了防止大气进入期间推进剂的自由液面和流致振动引起关键发动机熄火。（主页君注：同时也有减少推进剂自然蒸发的考量）
事实上该设计最后真的出现在了官方版设计上，就是图中红框内的两个球形内储箱，该结构的作用也得到了官方证实
此外，MCT飞船还将在其液氧储箱的上边缘附近设置水、盐水和固体废物储存区。在这个仓库之上是非加压的货舱（也就是敞开式货舱，连通舱外真空），其中有两个3米高的甲板，由中央柱支撑。这个区域将包含电力系统，热控系统，未展开的太阳能电池阵列，散热器，生命支持系统，空气处理系统，存储设施和航空电子设备（原文：power systems, thermal systems, un-deployed solar arrays, radiators, life support, air handling, storage and avionics.）。
这是之前NSF网友的一个构想，中间设置了一个类似航天飞机的非加压货舱
到达火星表面后，货物将通过一个扩展的龙门起重机从一个大货门转出并降低到地面。
卸货从来都不是一个关键问题，方法多得是，这只是NSF网友构想中的一种
位于上部的加压舱可以通过连接到对接口的气闸舱进入。它具有与货舱相同的中央支撑柱。加压舱分为四层，其中三层有2.5米高，安排为船员活动、食物贮存和住宿提供空间，而第四层作为顶层，空间更加宽敞。
顶层设置有船员食堂和发射/着陆期间所使用的船员座位。飞船的头锥则包含RCS来控制飞船的小幅运动（主页君注：原文为control thrusters，笔者认为指的是Reaction control system，也就是我们常说的RCS）。加油船和MCT飞船都设置有5个可伸缩的着陆腿，但是它们的尺寸和耐久性将相对于以前版本大大提升。
SpaceX决定不仅在加油船和MCT飞船的储箱上使用碳纤维复合材料， BFR火箭也将将完全由碳纤维制成。SpaceX进行这一决定是由于碳纤维有着较高的疲劳极限以及较大的几何刚度（主页君注：碳纤维的优势和劣势远不止于此，但这是原文，SpaceX选了一个完美的新式储箱材料，但也是一种颇具风险的储箱材料，因为SpaceX并不擅长这种材料，而且在这种材料上已经翻车两次了。此外最近消息透露，蓝色起源的新格伦也将采用碳纤维储箱，加上已经首飞的电子火箭，可见轻量化的碳纤维储箱已经渐成潮流）。这是至关重要的，因为这能有效防止由于飞船的大尺寸和自生增压设计带来的压力损耗而导致的储箱压溃。
SpaceX对碳纤维的执着屡次遭遇挫折，图为为ITS制作的碳纤维储箱验证件，结果极限测试没开始多久就解体了，公司负责人之一的Shotwell女士在采访中也承认碳纤维储箱的研发“并不顺利”
SpaceX计划分别重新使用BFR火箭，加油船和MCT飞船各1000,100和12次（主页君注：这个太过理想化，大家看看就好），MCT飞船的复用上限受到其从太空返回地球表面过程中承受的大量气动加热的限制。消息来源显示，SpaceX当时正在考虑两个发射场，分别为佛罗里达州卡纳维拉尔角和德克萨斯州布朗斯维尔，前者的发射机会是后者的两倍多。这是因为其执行火星发射任务时在窗口上更加优越。（最后实际敲定的是肯尼迪航天中心的LC-39A发射台）
在几个月后，NSF已经难以收集更多细节了，因为SpaceX逐步接近9月份的正式公开了（本文描绘的是2016年的状态，而现在也是这样，除曝光的BFR厂址外，SpaceX已经很久未更新了）。 SpaceX系统的前两项可以在NSF和PlanèteMars上找到。 NSF的设计团队不断改进设计，但由于信息来源受限，进展缓慢。
相比之下，PlanèteMars的Richard Heidmann改进了他的水平着陆设计，在2016年7月进行了最后的预测，SpaceX最好的选择是建造一个更大的火箭——10500吨。 NSF的专家怀疑这个想法的可行性，因为巨大推力引起的噪音和振动限制了这种方案。
还记得这个么，这就是法国人的方案，但在着陆问题上，显然是糟糕的设计
这将推翻SpaceX先前选择的较小的设计，部分原因是涉及到爆炸风险。Heidmann忽略了掉这一点，并坚持认为更大的设计将是有益的。两个团队都期待看到最终设计是什么样的，因为每个人都希望他是正确的。
正式公开：
在马斯克正式于IAC 2016上公布“火星计划”的前几天，SpaceX进行了“猛禽”发动机的首次点火测试。很幸运，发动机试车顺利，没有爆炸。
马斯克知道，在会上如果不拿些真东西出来，ITS这东西根本就没人信
这次试车颇为冒险，好在最终成功了
2016年9月28日，SpaceX在墨西哥举办的2016年度国际宇航大会上正式公开了行星际运输系统的第一版官方架构，对于没有持续关注过SpaceX的网友而言，这个计划的脑洞和规模堪称“惊世骇俗”。
这次公开得到的评价褒贬不一，有媒体和网友认为这计划纯粹是天方夜谭，丝毫不具可行性；也有人认为这是在NASA在载人火星登陆上蹉跎几十年而无作为之后的救命稻草，并为此欢呼雀跃。考虑到以往大规模载人深空任务的难度和天文数字的支出，波音、洛克希德·马丁、轨道ATK等竞争对手和中、俄、欧世界主要航天国家的相关机构对此计划的反应都相当冷淡，甚至都懒得去评价。更有意思的是，作为SpaceX一路走到今天的最大“金主”，NASA发言人在会后曾表示其实根本不知道SpaceX在会上要讲的到底是个什么东西。
IAC2016上SpaceX演讲的视频全程，在此感谢字幕作者的辛勤工作
马斯克演讲的主要内容有兴趣可以参见往期文章：让人类成为一个多星球物种—SpaceX的火星殖民方案！，我们这里只遵照原文做简要介绍。演讲首先指出了ITS的设计目标是将火星运输成本降低5万倍（太夸张，不现实），以到达美国住房购置成本的中位数，以期能够让普通人都接受。为了实现这一目标，马斯克说在轨加注是必不可少的，这么做将需要更多的发射来平摊研发成本，并且压缩时间表（schedule），性能上的不足变得不那么关键，发射台也比同类贵出10-20％。（原文翻译略有争议）
正式的ITS将在火星上就地制造返程所采用的推进剂，就像在祖布林博士的“火星直击”计划一样，甲烷+液氧的组合因为优秀的可复用性和易于在火星表面制造而被选为唯一的一种燃料组合。（NSF已经规划了在火星表面大规模生产液氧和甲烷的整个流程，我们有机会专门再聊）
火星氧气ISRU实验的组成部分（来源：NASA），这虽然不是SpaceX的职责范围，但是载人火星任务需要放大它，然后塞进ITS的货舱中，并确保它在火星表面正常工作
NSF网友的构想十分全面，比如将空气分离设备压缩在一个标准ITS货舱中
（如果你们对此有兴趣，我们可以考虑刊载《利用ITS加压货物模块在火星上启动化学工业》这篇文章）
这种组合比传统的液氢+液氧占用更小的储箱尺寸、燃料成本最低、方便复用，同时易于在火星上生产，并且与煤油一样可以在轨加注和转移。这些细节并没有让世界各地的许多航天和工程专家感到惊讶和意外，都是意料之中。
甲烷在可复用性上的巨大优势不仅打动了SpaceX，也吸引了SpaceX的对手蓝色起源和ULA，两家将共同使用液氧/甲烷组合的BE-4引擎驱动其下一代运载火箭，而老牌发动机生产商洛克达因的AR-1高压补燃煤油机只能无奈落得中止研发试验的下场
系统架构显示ITS将具有通用的一级（ITS火箭）和两个版本的二级（由于在轨加注已经成为必要选项，这种设计也就顺理成章了）。第一个版本的火箭二级将是ITS太空船本身，而第二个则是ITS油轮（也就是前面所说的MCT加油船，也就是现在的BFR Tanker）。复用目标与2月份相同，ITS火箭，加油船和ITS飞船的评估为1000次，100次和12次（12个火星窗口期总共26年）。该系统还将按预期使用自生增压的碳纤维储箱。
SpaceX的“雄心壮志”终于在宣布运载火箭的有效载荷时显露出来了，高达550吨（这是说ITS，现在BFR已经缩减至一次性运力250吨，复用运力150吨）。与之前SpaceX的计划相比，火箭的运力提高近90％。尽管SpaceX对超重型火箭（如果土星5号和能源是重型，称其为超重型应不为过）的爆炸危险感到担忧，但依旧同意了之前海德曼的猜测，并将其火箭（起飞质量）增加到了10500吨。
这令人难以置信的性能将由全新的“猛禽”发动机提供支撑。其海平面推力从1961 kN暴增到3050 kN，同比增长了55.5％，其海平面比冲指标上升了4％（334秒，之前是321秒），节流范围20-100％，而300 bar的室压将是液体火箭发动机有史以来最高的。
其真空版本将具有更高的3500 kN的推力和高达382秒的ISP（比冲），这也是碳氢化合物发动机比冲指标最高记录，发动机喷管膨胀比高达200:1。起飞级发动机数量多达42个，与之前估计一样，但依旧“骇人听闻”。（现在推力缩减了，数量也缩减为31个）
由于发动机的推力大幅度增加，芯级具有128 MN推力，起飞重量6700吨，77.5米高，12米直径的芯级相对于土星5号的整个质量提高一倍以上。类似于猎鹰9，它将使用发动机反推和格栅舵的组合来引导自己回到地球。尽管具有比猎鹰9更高的分离速度，但SpaceX宣称只需要预留7％的推进剂就可以飞回发射台以便重新使用。
马斯克在会上公开ITS飞船的设计参数
ITS飞船的高度为49.5米，高于以前计划的41米。不过，它同样携带了共计100名的船员和乘客。虽然质量变大，但它的直径更大——17米（最大处），发动机配置与之前估计一样。其31MW的推力可将150吨重的飞船（原文写成了2100吨，应该有误，根据上图可见，飞船干重150吨，加油船干重仅90吨），300吨的货物和推进剂送入LEO，在那里它将展开其200千瓦的太阳能电池板阵列。
这枚爱好者制作的任务徽章上，最显眼的就是巨大的可伸缩太阳能电池板了
在现在爱好者制作的CG作品中，巨大的扇形电池板依旧在，但在近地轨道任务中，官方是否仍旧保留这一设计一直存疑（作者：BH.Skywalker）
它将通过三个位于中心的猛禽发动机在地球和火星上垂直着陆（见上上图），并可将多达450吨的货物运送到火星（别奇怪为什么这个数据比LEO运力还高，这是建立在数次在轨加注之后的火星投送质量，主页君注）。不同于2月份时的猜测，它将使用三个大型着陆支腿，而不是五个较小的支腿。（猎鹰9是4个，也就是说ITS不增反减）从二月的设计上看，它保留了增大版本的船员和货物舱。
燃料储箱与二月时猜测的长度和形状截然不同，它使用加大的储箱和共底结构，从而减少了40％干重的，同时送入轨道的推进剂质量增加了27％。总而言之，这个系统将可以支撑长达115天的飞往火星旅程（此为平均值，每隔两年的最佳霍曼转移窗口时长不尽相同，未来20年中，最短窗口为2020年，仅有90天；而2027年最长，要150天），ITS太空飞船在到达火星时会直接进入火星大气并降落（这句话的意思是说ITS不进入火星环绕轨道）。
总结：
马斯克提出的雄心勃勃的计划代表了其“终身梦想”的最高潮。这是对太空的热烈兴趣，基于他与之前与具有远见卓识的罗伯特·祖布林（Robert Zubrin）博士的接触，罗伯特·祖布林的“火星直击”任务架构（详见下面这本书）充分拓展了马斯克的视野，并构成了ITS的基本思路和原则。
当俄罗斯工程师击碎了马斯克襁褓中的太空梦想时，他却在SpaceX上赌博，终于实现了“猎鹰1”火箭的成功，马斯克的火星定居梦想最终在2008年12月得到确立。自那时起，马斯克的愿景与SpaceX一起成熟壮大。
该公司将猎鹰9发展成为世界上第一个部分可重复使用的运载火箭和最有效率的火箭，大大改变了航天发射领域。虽然复用之路还很长，但怀疑和讥讽的声音已经基本绝迹，已经有些对手开始谋划对猎鹰9模式的模仿。
猎鹰9是全复用还是部分复用并不重要，它最重要的使命是证明复用真的可以省钱，这是抨击者最主要的攻击点，他们认为火箭复用在综合考虑复用风险和翻修费用后并不省钱（图为全复用版猎鹰9，国外网友脑洞制图）
与猎鹰9相似， ITS的推力和有效载荷相比于最初构想翻了一番以上，同时通过采用全碳纤维结构也变得更有效率。结果就是一套完全可重复使用的运载火箭系统，这在运载能力和技术挑战上将是前所未有的。（航天飞机是部分复用）
马斯克的演讲显示，SpaceX计划降低前往火星的费用和风险，并最终成为一家火星殖民化运输公司。然而，这意味着它必须依靠第三方来支持在火星上建立和发展殖民地。
虽然马斯克提出的计划很广泛，但并不全面。遗漏了一些关键的细节，如火星推进剂生产系统的设计，为殖民地提供动力的核反应堆的设计，还有最重要的问题——如何融资。甚至还有关于ITS本身设计，也存在不少问题，比如辐射屏蔽，缺乏发射中止系统（也叫逃逸系统）以及冗余着陆腿的设置问题。（三点稳定，少一条腿都要倒）
然而，基于公司的快速发展和设计的不停迭代，我们可以审慎地期待ITS的进一步发展，就像SpaceX的火星计划一样。即使在目前未完成的状态下，毫无疑问，这是最雄心勃勃的火星殖民化计划，没有之一。
我们只是希望“黄金之心”（Heart of Gold）号能够早日出发
（连载全文完）
主页君后记：SpaceX的脑洞和NASA架构的区别
回头来看，这篇NSF的L2付费区的万言长文其实就讲了一件事情——NSF的团队如何如何NB，如何如何一步步猜中了SpaceX对于ITS的所有设想。
前三个为各种猜想，按照时间顺序，第四个为官方设计，可以说逐步与官方设计靠拢
下面的了论述将基于一个基本假设，如果该假设不成立，则请当下面内容为废话，这个假设就是——SpaceX确实真的致力于成为一家促进人类殖民火星的运输公司。
其实NSF小组和SpaceX公司对ITS设计如此相近并不意外，正相反，这是顺理成章的。设计如此相近的原因就在于NSF小组深知SpaceX在设计ITS时的根本理念——ITS架构的设计目的是大规模的火星殖民，而迥异于传统的小规模“插旗式探索”。
所谓“插旗式探索”是指类似阿波罗登月这种采用“一路走一路扔”的深空运载系统，将仅有几人的探索团队送往地外天体表面，插上标志性旗帜，收集各种样品，布置仪器，然后抛弃着陆点的所有设施，乘坐与出发时相比小得多返回舱返回地球的一种载人登陆探索模式。
登月时起飞质量2970吨，而最终返回地球时只有5.56吨重的飞船返回舱（Apollo Command Module），返回质量比仅有0.18%
NASA的DRA5.0火星任务架构，比阿波罗时期更夸张，一次载人火星登陆任务包括7次战神5重型火箭和1次战神1火箭发射，总起飞重量超过2万吨，而返回地球时只有一个10吨左右的猎户座返回舱
SpaceX的ITS设计理念与以往火星登陆计划相比有着本质上的变革，他充分汲取了祖布林“火星直击”任务架构的精髓，我个人认为有以下三个主要特点：
完全可重复使用，理论上除推进剂之外，不浪费任何东西。
充分利用ISRU，也就是利用火星本身资源，解决需要为准备返程推进剂而携带更多推进剂上路的悖论，也试图解决火星表面文明“自持”所需要的基本元素。
”地表到火表“，英文叫做”Surface to Surface“，也就是说，尽量减少在轨道上浪费时间，不要在轨组装庞大的地火转移飞船，不要为了去火星而去月球做所谓的“试验”，要去火星，那就直接去！
我们不需要“赫耳墨斯”号（出自科幻电影《火星救援》）
NASA的探索思路和阿波罗时期如出一辙，整个任务架构中除了火星表面部分设施具备重复使用条件之外，整个架构都是一次性使用的，详见下面视频。
祖布林被业界同行认为是一个带有执念的疯狂老头，但他的ISRU（原位资源利用）思路实际上已经逐步被业界所接受，NASA已经正式开始将ISRU列入火星和月球载人探索的架构之中。但是要说这一波可复用航天器所带来的风潮能否在登月近50年后将人类重新送回深空，还需要拭目以待了。
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