大猎鹰火箭

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第一级: "超级重型"
第二级: "星舰"
BFR in flight (cropped)-2018 version.png
用途
製造商 SpaceX
製造國家 美国
單次發射費用 (2019)
  • 700万美元(完全可重复使用最终估计)[2]
  • 3.35亿美元(用于星舰和助推器)[3]
外型及質量參數
高度 118米(387英尺)[1]
直徑 9米(30英尺)
質量 4,400,000公斤(9,700,000英磅)[需要更新]
级数 2
酬載量
有效載荷-近地轨道 150,000公斤(330,000英磅)
有效載荷-火星 150,000公斤(330,000英磅)
有效載荷-从火星到地球 (返回) 50,000公斤(110,000英磅)[1]
發射歷史
現況 正在发展中,首次亚轨道飞行预计在2019年[4]
發射場 试飞: 运营发射:
计划中的:

其他选择包括:

洲际运输:
  • 主要城市外的海上发射平台[1]
一级 - 超级重型
高度 63米(207英尺) [7]
直徑 9米(30英尺)
總重 3,065,000公斤(6,757,000英磅)[需要更新]
发动机 31台猛禽火箭发动机[8]
推力 52.7兆牛顿(11,800,000磅力) 海平面上 [1]
比冲 330秒(3.2千米/秒) 每个发动机,海平面上
燃料 过冷液态甲烷 / 液氧
二级 - 星舰
高度 55米(180英尺) [7]
直徑 9米(30英尺)
空重 85,000公斤(187,000英磅)[需要更新]
總重 1,335,000公斤(2,943,000英磅)[需要更新]
燃料重量

液氧

发动机 7 台猛禽火箭发动机(4台真空,3台海平面) [9]
推力 12.7兆牛顿(2,900,000磅力) 总计
比冲
  • 375秒(3.68千米/秒) 真空
    每个, 4台内发动机
  • 356秒(3.56千米/秒) 真空
    每个, 3台外发动机
  • 330秒(3.30千米/秒) 海平面 [1]
    每个,3台内发动机
燃料 过冷液态甲烷 / 液氧

大猎鹰火箭(Big Falcon Rocket,官方简称BFR[1])是由私人股权投资SpaceX公司推出的下一代发射载具宇宙飞船,该项计划是由于伊隆·马斯克于2017年9月正式宣布;[10][11]初代样机于2018年3月正式制造。[4]整个航天器计划包可重复使用的运载火箭和航天器、地面基础设施快速发射和重启,以及在近地轨道部署零重力推进输送技术。新的航天器将比现有的SpaceX飞船大得多。作为超重型运载火箭,BFR在地球轨道的最大有效载荷量将达到150,000公斤(330,000)。

BFR系统预计将代替猎鹰9号猎鹰重型运载火箭以及龙飞船,最初只用于地球轨道,但在长时间准备后,已可支持在地月间以及火星飞行并完成任务。[1]SpaceX公司打算用这种方法降低成本,并证明其开发费用的真正价值。[12]

SpaceX最初设想于2016年9月完成BFR的发射,并使它成为行星际运输系统的一部分。[13]行星际运输系统的航天器核心设计大小为12米,[14]而BFR则为9米。[1]因此,BFR一直致力于地月轨道火星的用途,SpaceX总部于2017年将BFR的用途定义为:地球轨道飞船,月球轨道,行星际探测任务,甚至在地球进行载客运行。[1][15]

BFR的开发工作始于2012年,依靠猛禽火箭发动机进行改造,共分为两阶段,于2016正式开始测试。新的火箭发动机的设计相比新的运载火箭通常拥有较长的前置时间。航空设施也处于建设队列中:首个太空船于2018年3月开始制造;[4]2019年预计将完成首次亚轨道飞行测试。[16]SpaceX则表示其最初期望是在2022完成首次火星的货运航班,在2024年完成完成载人计划。[4][10]

历史[编辑]

BFR的开发始于2012年。同年3月份,新闻报道声称Raptor上面级发动机已经开始开发,但当时没有公布任何细节。[17] 2012年10月,马斯克公开表示制定了第二个可重复使用的火箭系统的更高计划,该系统的运载能力远远超过猎鹰9号运载火箭/ 猎鹰重型运载火箭,届时SpaceX将花费数十亿美元。[18]这款新火箭将类似于“SpaceX的Falcon 9助推器“更大型号”的演变。”但他表示,SpaceX在2013年之前不会公开谈论它。[19][20]

2013年6月,马斯克表示他打算在“火星殖民运输器”定期飞行之前推迟股票市场对SpaceX股票任何可能的首次公开募股。[21][22]

2014年8月,有媒体消息人士推测,由猛禽推动的超重型运载火箭的初始试飞最早可能在2020年进行,以便在轨道太空飞行条件下对发动机进行全面测试。[23][24]

2015年初,马斯克表示他希望在2015年底发布有关火星殖民运输系统的“全新架构”的细节。这些计划最终因为一次发射意外被推迟,[25][26][27][28][29]继2015年6月发射失败以后SpaceX公司才在2015年十二月下旬恢复发射[30]

2016年9月,马斯克公布了一项SpaceX设计概念的大量细节,该概念用于直径12米(39英尺)的大型运输火箭ITS运载火箭,专门用于行星际运输。当时,这个系统被称为“行星际运输系统”(ITS)[31][32],并详细讨论了整体的SpaceX Mars运输任务。这包括运载火箭(12米的核心直径,火箭结构材料,发动机的数量和类型,推力,货物和乘客有效载荷能力),以及在轨推进剂 - 油轮补充装置,标准的运输时间和各种火星侧和地球侧基础设施的一部分,SpaceX需要支持一组三架飞行器。

构成2016 ITS运载火箭概念的三种不同的火箭是:[33][34]

ITS助推器,运载火箭的第一级

ITS宇宙飞船,一个用于长期居住的太空飞船,作为火箭的第二级

ITS油轮,另一个第二级,设计用于携带更多推进剂,为太空中的其他ITS火箭加油

该演讲包括提出更大的系统愿景,希望其他感兴趣的各方(无论是公司,个人还是政府)能够利用SpaceX所希望建立的,新的,成本低得多的运输基础设施,以便在火星上实现可持续的人类文明。[35][36][37]

2017年7月,马斯克表示,该结构已经“改进了很多”。改进后的架构使该系统对大量的地球轨道和顺式发射起到用处,这样系统可以通过近地空间区域的经济航天活动来收回成本。[38]在2018年9月,SpaceX公布了一个较温和的设计:稍微加长了第二级,并添加了径向可操纵的向前鸭翼和尾部鳍,在一个新的再入轮廓中类似于降落伞,用于桨距控制。后鳍作为着陆腿,顶部的三条腿看起来相同,但没有空气动力学目的。[39]

揭幕[编辑]

2017年9月,在国际宇航大会第68届大会上,SpaceX公布了最新的火箭设计。马斯克说:“我们正在寻找正式的名称,但代称目前是BFR。” [40]2017年修订后的设计概念是一种直径为9米(30英尺)的碳复合材料技术火箭,采用甲烷分级燃烧火箭发动机技术,最初用于地球轨道和地月飞行环境,后来被用于飞往火星的任务。[41][42]

2017 的BFR设计,使用碳复合材料结构,在可重复使用的第二级具有三角翼。

2017年的设计是圆柱形的,后端包括一个小三角翼,其中包括一个用于俯仰和滚转控制的分瓣。据说三角翼和分裂襟翼能够扩大飞行包线,以使飞船能够在各种大气密度(无,薄或重的大气层)中降落,并可供各种有效载荷(小型,重型或无载荷) 来放置在飞船的鼻锥里。[43][44]:18:05-19:25描述了该船的三种版本:BFS货运,BFS油轮和BFS载人。货物版本将用于发射卫星到低地球轨道 - 提供“比以前更为量大的撒土豆行为”[43] - 还能运输货物到达月球和火星。在高椭圆形地球轨道上重新加油后,宇宙飞船的设计使其能够一次性登陆月球并返回地球而无需再进一步加油。[45][44]:31:50

此外,BFR系统在理论上被证明能够以快速的以地对地运输方式运载乘客或货物,并在90分钟内将其有效载荷运送到地球上的任何地方。[43]

截至2017年9月,Raptor发动机已经过42次主发动机测试,总共测试了1200秒的测试点火时间。最长的测试是100秒,这受到SpaceX地面测试设施的推进剂罐的大小的限制。测试发动机在 20MPa(200bar; 2,900psi)压力下运行。飞行发动机的目标是25 MPa(250 bar; 3,600 psi),SpaceX预计在后续迭代中达到30 MPa(300 bar; 4,400 psi)。[44] 2017年11月,SpaceX总裁兼首席运营官Gwynne Shotwell表示,大约一半的BFR开发工作都集中在猛禽火箭发动机上。[46]

2017年的理想目标是在2022年将前两个货运任务的载荷送到火星,[47]目标是“确认水资源并识别危险”,同时为未来的航班安装“电力,采矿和生命支持基础设施”其次是2024年的四艘船,两艘载有人员的BFR太空船,另外还有两艘装有货物的船,带来了额外的设备和用品,目的是建立推进剂生产厂。[44]

到2018年初,第一艘采用碳纤维复合材料结构的火箭正在建造中,SpaceX已开始建造一座新的永久性生产设施,用于在洛杉矶港建造9米直径的箭体。2018年3月,第一艘船的制造工作正在港口的一个临时设施中进行,[48]第一次亚轨道 试飞计划不早于2019年。[48][49]该公司继续公开表明其最初的理想目标是在2022年,BFR去往火星的载货任务就能开始发射,随后是2024年首次载人任务飞往火星的一个时间表[48][50]符合2017年末提到的时间表。

早在2015年,SpaceX就一直在寻找制造设施的地点,以供建造大型火箭,并在加利福尼亚州,德克萨斯州,路易斯安那州,[51]和佛罗里达州实地调查。[52]截至2017年9月,SpaceX已经开始制造运载火箭部件。“主要制作储料罐的工具已经订购,该设施正在建设中,我们将开始建造第一艘船[2018年第二季度]。”[44]

在2018年3月,SpaceX公开宣布将在2018 - 2019年在洛杉矶港海滨大道建造的新工厂生产下一代9米直径(30英尺)的运载火箭和太空船。。该公司租用了18英亩的土地10年,可以进行多次更新,并将利用该场地进行制造,在海上着陆后复查箭体,以及对助推器和宇宙飞船进行翻新。[53][54][55]新制造工厂的最终监管批准来自2018年4月的海港事务委员会[39]和5月份的洛杉矶市议会。[56]那时,大约已有40名SpaceX员工正在设计和建造BFR。[57]随着时间的推移,该项目预计将有700个技术职位。[58]洛杉矶的临时设施是一个203500平方英尺(18910平方米)的建筑物,大约有105英尺(32米)高。 [59]完全组装的运载火箭预计将“通过驳船运输,通过巴拿马运河,运往佛罗里达州的卡纳维拉尔角进行发射。” [60]

2018年8月,美国军方首次公开讨论了使用BFR的兴趣。美国空军空中机动司令部负责人,对BFR在30分钟内点对点地将150吨载荷投放到世界上任何一个地方的能力十分感兴趣。他们预计大型运输能力“可能在未来五到十年内发生”。[61][62]

在2018年9月宣布计划的2023年月球环游任务中 - 一架名为#dearMoon [63] 私人环游任务的星舰展示了第二级和星舰的重新设计概念,其中有三个后鳍和两个前鸭鳍,用于大气进入,取代了在一年前显示的三角翼和分裂襟翼设计。修订后的BFR设计在第二级使用了七个相同尺寸的猛禽发动机; 与第一级使用的发动机型号相同。第二级设计在船头附近有两个小的驱动式鸭鳍,在底部有三个大鳍,其中两个将启动,所有三个都用作着陆腿。[64]此外,SpaceX还在本月下半月表示他们“不再计划为Falcon 9升级可重复使用的第二级”。[65] BFR运载火箭的两个主要部分在11月份被赋予描述性名称:第二级/上面级的Starship和第一级/助推级的“Super Heavy”,马斯克指出“建造Super Heavy是为了远离地球的深重力井”(在其他行星或卫星不必要加载第一级。)“[66]

新的设计思路[编辑]

2018年12月,在开始建造第一个测试物品碳复合材料Starship低空试验车的某些部件九个月后,SpaceX首席执行官马斯克宣布将采取“违反直觉的新设计思路”:该公司主要用于制造火箭结构和推进剂罐的材料将是“相当重的......但非常坚固”的金属,[67][68][69]随后被证明是不锈钢。

继马斯克个人去到位于得克萨斯州,博卡奇卡的SpaceX南得克萨斯州发射场后,马斯克便在2018年12月23日透露,第一个试验品星舰已经在建有几个星期了,SpaceX。“Starhopper”由300系列不锈钢而非碳复合材料制成,正如先前所想。根据马斯克的说法,使用这种材料的原因是“不锈钢明显便宜,显然建造起来很快 - 它并不是最轻的。但它实际上是最轻的。如果你看一下高品质的属性不锈钢,不明显的是,在低温下,强度提高了50%。“[70]300系列的高熔点仍然意味着星舰的背风侧在再入时不需要绝缘陶瓦,而更热的迎风面将通过允许燃料或水通过双壁不锈钢中的微孔排出来冷却钢皮,通过蒸发去除热量。测试版“漏斗”Starship将用于初始测试火箭并开发着陆和低空/低速控制算法。测试火箭只会安装三台Raptor 甲烷发动机,飞行高度不超过5公里,预计最初飞行时间不早于2019年上半年。[71][72]

到2019年3月,SpaceX已经取消了他们从Ascent Aerospace购买的数百万美元的碳复合材料生产工具,放弃了所有洛杉矶港的生产计划,并关闭了复合材料制造厂。[73]

Super Heavy原型建造原本计划在2019年第二季度之前开始。第一批建造的Super Heavy助推器的发动机可能少于全尺寸型的35架猛禽发动机,这仅仅是因为早期试飞不需要那么多发动机,而且此举会减少在早期试飞中发生助推器故障时SpaceX的损失。[74]

测试[编辑]

测试始于子系统级,与大多数运载火箭一样,采用火箭发动机部件测试,然后在地面测试设施中测试完整的火箭发动机。Raptor发动机部件级测试于2014年5月开始[75],2016年9月首次进行全发动机测试。[76]截至2017年9月,开发中的Raptor发动机在42个主要地面试验台上进行了1200秒的热火试验发动机测试,当时最长的测试为100秒。[44]

SpaceX在2018年11月曾表示,他们正在考虑测试经过大幅改进的Falcon 9第二级,它看起来像一个“ 迷你BFR”,并用于对全尺寸宇宙飞船所需的许多技术进行大气再入 测试,包括高马赫控制表面。[77][78][79]然而,几周后,马斯克澄清说,SpaceX不会制造迷你BFR,而是会加速全尺寸BFR的开发。[80]

Starship/星舰测试[编辑]

从2017年10月开始,BFR概念揭幕后的一个月,火箭的飞行试验预计将从全尺寸第二级的短亚轨道跳跃开始,[81]初步测试飞行建议至早在2019年开始。[82]到2018年9月,很明显上层星舰的跳跃将从德克萨斯州布朗斯维尔附近的SpaceX南德克萨斯发射场进行。[83] SpaceX 于2018年11月向美国联邦通信委员会申请了一项实验无线电通信许可证,以支持试飞计划,该许可证上的所有试飞都将保持在海拔5公里(16,000英尺)以下。[84] 测试物品Starship和德克萨斯发射场都在2018年底开始建造。[85]

用于第一次试飞的“ Starhopper ” 的主要结构,即是用于低空测试的Starship的缩减版本,于2019 年1月10日完成。[86] 1月晚些时候,Starhopper的鼻锥和下部被分离了,大风吹翻并损坏了鼻锥结构。水塔结构和火箭支腿保持了完整。[87][88][89]SpaceX随后表示他们不会重建第一个Starhopper的鼻锥,因为低速飞行测试不需要它。[90]

2019年4月3日,Starhopper成功完成了首次静态点火测试。[91]

2019年7月25日,Starhopper成功完成了20米的跳跃测试。[92]

2019年8月27日,Starhopper成功完成了150米的跳跃测试。[93]

Super Heavy/超级重型测试[编辑]

Super Heavy助推器的初始飞行测试将遵循Starship测试的时间。截至2019年5月,SpaceX预计第一支Super Heavy助推器的建造将不会在8月之前开始。[94]

系统命名[编辑]

早在2005年,SpaceX就将“BFR”作为计划中超重型火箭的名称。并称“BFR”的性能会“远远地超过Falcon系列火箭”,[95][96]其目标为100(220,000)的轨道运力。从2013年年中开始,SpaceX将整个任务和火箭统称为火星殖民运输器。[97]当2016年9月12米直径设计亮相时,SpaceX就将整个系统称为行星际运输系统,并将运载火箭本身称为ITS运载火箭。

随着2017年9月宣布了新的9米直径设计,SpaceX重新将该火箭称为“BFR”。[98][99][100]伊隆·马斯克在声明中说“我们正在寻找正式的名称,但代称目前是BFR。” [101]SpaceX总裁Gwynne Shotwell随后表示BFR代表“Big Falcon Rocket”。[102]然而,伊隆·马斯克过去曾解释说,虽然BFR是官方名称,但是他是从Doom视频游戏中的BFG武器中汲取的灵感。[103] BFR偶尔也被媒体非正式地提到,并在SpaceX内部称为“Big Fucking Rocket”。火箭的第二级是宇宙飞船,在2017 - 2018年也被称为“BFS”。[104][105][106]第一级助推器有时也被称为“BFB”。[107][108][109]

2018年11月,第二级宇宙飞船改名为Starship,第一级助推器被命名为Super Heavy[110][111]

值得注意的是,以SpaceX的方法,即使是Super Heavy以前也曾被SpaceX用于不同的环境中。在2018年2月,第一次Falcon Heavy发射时,马斯克“暗示了Falcon Super Heavy-a Falcon Heavy的可能性和额外的助推器。‘我们真的可以把它加到尽可能多的运力。如果的任何人想要的话,我们可以添加两个额外的助推器并使它成为猎鹰超重型。'“ [112]

说明[编辑]

SpaceX下一代运载火箭设计结合了几种元素,根据马斯克的说法,这些元素将使长时间超越地球轨道(BEO)的太空飞行成为可能。该设计由SpaceX预测,以降低发射到近地軌道(LEO)和BEO目的地之间的运输的每吨成本。它还将服务于传统近地軌道市场的所有用例。这将使SpaceX将其大部分开发资源集中在下一代运载火箭上。[44][113][114][115]

完全可重复使用的 超级重型运载火箭将由两个主要部分组成:一个可重复使用的助推器级,名为Super Heavy,以及一个可重复使用的第二级,带有一个集成的有效载荷部分,名为Starship[116][44]

将运载火箭的第二级与长时间宇宙飞船相结合将是一种独特的太空任务结构。这种架构取决于轨道加油的成功与否。[117]

运载火箭的主要特征包括:[118][119] [120] [121][122]

  • 两个阶段都被设计成完全可重复使用,助推器返回降落在发射架上,而第二级/太空船将有能力返回到发射架附近。两者都将使用空中着陆和SpaceX早期开发的可重复使用的运载火箭技术。
  • 完整的Starship -Super Heavy堆栈将比自由女神像高[123]

第一级:Super Heavy(超级重型)[编辑]

Super Heavy(超级重型),[124] SpaceX下一代运载火箭的第一级或助推器,长63米(207英尺),直径9米(30英尺),预计总升空质量为3,065,000千克( 6,757,000磅)[125]它由不锈钢罐和支撑结构构成,使用 过冷液态甲烷和液氧(CH

4 / LOX)推进剂,由35个Raptor火箭发动机[126]提供动力,总共提供61.8 MN(13,900,000 lbf)起飞推力。[127]助推器预计会在发射台上返回陆地,[128][129][130][131]虽然它最初可能使用与第二级一样的着陆腿。[132]

第二级/宇宙飞船:Starship(星舰)[编辑]

Starship [133][134]是一种可重复使用的航天器,也可作为运载火箭第二级,具有集成的有效载荷部分。Starship最终将至少建立三个运载版本: [135]

  • 宇宙飞船:一种大型,可供人员长时间驻留的航天器,能够将乘客[135]或货物运送到行星际目的地,近地軌道或地球上的点对点目的地之间。
  • 油轮:仅用于货物的推进剂油轮,用于支持地球轨道中推进剂的再填充。油轮将能够将重型航天器发射到行星际空间,因为加油的航天器可以使用其两次储料罐,首先到达近地軌道,然后离开地球轨道。
  • 卫星运载航天器:具有大型可打开式整流罩的航天器,可在太空中开放,以便于将航天器放入轨道,或回收航天器和太空碎片。

星舰的主要特征包括:[128][129][130][131]

  • 设计使得该船可以使用垂直起落以及SpaceX早期开发的可重复使用的运载火箭技术从发射台附近的地球轨道和陆地返回[1]
  • SpaceX预计着陆可靠性最终能够实现“航空公司级别”的安全性。
  • 交会和对接操作将自动化
  • Starship油轮到Starship太空船或Starship货船的在轨推进剂转移
  • 一艘Starship在轨装载后能够将它的有效载荷运输到月球或火星
  • 不锈钢结构和罐体结构。它的强度 - 质量比与早期的SpaceX设计替代碳纤维 复合材料相当或更好,在预期的温度范围内,可以承受从低温推进剂的低温到大气再入的高温[136]
  • 该工艺的某些部分将采用不锈钢合金制造,该合金“已经过一种深冷处理,其中金属是...... 冷成型 /加工生产低温处理钢......比传统的热轧钢更轻,更耐磨。“ [136]
  • 针对大气折返的恶劣条件的热保护系统将使用双不锈钢表皮,在两层之间流动有活性冷却剂。六角形不锈钢瓷砖将覆盖星舰的迎风面,有些区域还会包含多个小孔,可以进行蒸腾冷却。[137][138][139]
  • SpaceX下一代运载火箭设计结合了2017年揭幕的设计所设想[2][3][4][5],所述Starship是具有一个加压体积约10003(35,000立方英尺)的空间。其可以被配置为多达40个舱室,大的公共区域,中央存储器,厨房,和一个太阳能火星任务的耀斑避难所。[140]在2018年的改进后,SpaceX的设计中可以有12个未加压的货物集装箱总共88m3(3100立方英尺)的概念,但那些货物集装箱的设计空间也可能最终用于安排猛禽发动机的插槽。截至2019年,设计仍然在不断变化。
  • 灵活的设计选择; 例如,可能可以修改Starship的引擎数量,或是去掉Starship的整流罩,鸭翼,后翅片,隔热罩和着陆腿 - 以优化机器人探测器进行行星际探测的质量比。[139]

BFR任务[编辑]

BFR系统预计将代替猎鹰9号、猎鹰重型运载火箭以及龙飞船[141][12][1]

BFR的主要飞行任务:[141]

  • 地球轨道探索
  • 地月轨道之间的长期飞行任务
  • 火星任务, 作为货船和载人太空船
  • 经济的太空远距离旅行: 在不到1小时的时间内完成次轨道内点对点运输。[142][143] 马斯克将其比喻为从地球到地球。[144]

参见[编辑]

参考[编辑]

  1. ^ 1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 Elon Musk. Becoming a Multiplanet Species (video). 68th annual meeting of the International Astronautical Congress in Adelaide, Australia: SpaceX. 29 September 2017 [14 December 2017] –通过YouTube. 
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  3. ^ Estimating the cost of BFR. Sam Dinkin. 9 October 2017.
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 4.3 Foust, Jeff. Musk reiterates plans for testing BFR. SpaceNews. 2018-03-12 [2018-03-15]. Construction of the first prototype spaceship is in progress. 'We’re actually building that ship right now,' he said. 'I think we’ll probably be able to do short flights, short sort of up-and-down flights, probably sometime in the first half of next year.' 
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  6. ^ 6.0 6.1 引用错误:没有为名为ralph20190319的参考文献提供内容
  7. ^ 7.0 7.1 引用错误:没有为名为musk20180809的参考文献提供内容
  8. ^ SpaceX Aims to Begin BFR Spaceship Flight Tests as Soon as Next Year. Jay Bennett, Popular Mechanics. 7 February 2018.
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  10. ^ 10.0 10.1 Jeff Foust. Musk unveils revised version of giant interplanetary launch system. SpaceNews. 29 September 2017 [1 October 2017]. 
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  12. ^ 12.0 12.1 Musk, Elon. Making Life Multi-Planetary. New Space. 1 March 2018, 6 (1) [29 March 2018]. 
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外部链接[编辑]