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时隔50 年美国此登月不是彼登月

  两个多月前,美国副总统彭斯在国家航天委员会第五次会议上雄心勃勃地表示,美国的太空计划将“提速”,目标是在5年之内让航天员登陆月球,以确保美国成为21世纪第一个让航天员登月的国家。众所周知,今年是人类登月50周年。1969年7月20日,美国航天员阿姆斯特朗和奥尔德林先后登上月球,迈出了“人类一大步”。那么,50年后的今天,美国为何要再次大张旗鼓地推动载人登月计划?这一次的载人登月将有什么样的新特点呢?

  阿波罗登月计划设想的任务较为简单,只是将航天员送到月球表面,然后将其安全送回地球。

  阿波罗计划采用的是月球轨道交会飞行方案。该方案是利用土星5号运载火箭将指令/服务舱和登月舱组合体发射进入奔月轨道。飞行器上携带的是从地球到月球并返回所需的燃料和生活必需品。

  飞行器进入月球轨道之后,3名航天员中的1名航天员留在指令/服务舱中,另外2名则进入登月舱。然后,登月舱与指令/服务舱分离,并降落到月球表面,而指令/服务舱留在月球轨道之上。

  登月任务完成之后,登月舱重新起飞,与指令/服务舱在月球轨道交会对接。3名航天员全部进入指令/服务舱,抛弃登月舱后,点火脱离月球轨道并返回地球。

  这个方案最大可能地缩小了载人登月所需要发射的飞行器规模,可以说是一个极其经济的方案。但是也因为这个方案的经济性,使其丧失了探索全月面的可能性,阿波罗飞船是不可能降落在目前来看极具价值的月球南极的。

  美国21世纪再次登月的模式与阿波罗计划相比将发生很大的变化。美国将首先建造一个名为“门户”的月球轨道空间站。月球轨道空间站位于月球的近直线晕轨道(NRHO)。

  晕轨道是一种运行在地月系统拉格朗日点附近的轨道,能够以较小的轨道修正稳定运行。而NRHO是一种更为特殊的晕轨道,其轨道周期在6~8天,绕拉格朗日点做大椭圆运动,近月点距离2000公里左右,远月点距离75000公里左右,轨道面几乎垂直于地月系轨道平面。

  在所有月球轨道中,NRHO比较容易作为地月轨道转移的过渡。从NRHO进入月球极地轨道,载人飞船只需要730米/秒的速度增量,耗时12小时左右,显著优于其他的过渡轨道,而保持轨道所需的速度增量每年小于10米/秒。同时,在NRHO上的载人飞船与地球通信可以不受月球屏蔽干扰,对飞船热控系统的要求也更少。

  月球轨道空间站建成后,主要作用是为载人登月任务提供中转服务,可同时支持4名航天员长达42天的深空任务。

  届时,猎户座飞船将承担起地球和月球轨道空间站之间转运航天员的任务。航天员在月球轨道空间站转乘登月舱执行登月任务。有了月球轨道空间站的支持,航天员可以到达月面各个地点实施探索,包括含有大量水冰的月球极区在内,甚至可以支持月面短期或半永久科研站的运转。

  当年的阿波罗计划是美国与苏联“太空竞赛”的产物,整个计划是由美国宇航局主导实施的。而整个“阿波罗”的工程历时约11年,耗资高达255亿美元。在工程高峰期,参加工程的有2万家企业、200多所大学和80多个科研机构,总人数超过30万。

  时至今日,这种以举国之力进行载人登月的可能性已经没有了。然而,由于月球距离地球实在过于遥远,而且美国规划的21世纪登月模式又是如此“豪华”,实施载人登月依然耗资巨大。因此,美国不得不广泛借助伙伴国家,甚至是商业公司的力量来实现重返月球。

  月球轨道空间站就是一个多国合作项目。月球轨道空间站预计于2023年开始部署首个舱段,设计寿命15年。截至目前公开的方案显示,月球轨道空间站主要由以下几个国家负责研制的舱段组成:美国提供“电力与推进组件”以及一个居住舱和一个利用舱;欧空局拟提供被称为“提供燃料补加、基础设施和通信的欧洲系统”的一个舱段;加拿大拟提供机器臂系统;俄罗斯拟提供包含对接节点的“多用途舱”;欧空局和日本还会提供另一个居住舱。此外,日本和美国还会负责后勤补给运输。

  美国宇航局在2018年11月和9家公司签署了商业月球有效载荷服务。运输的物品大致包括科学探索仪器、资源勘探装置,以及人类基地建设物资等。

  美国宇航局后续发布的商业月球载荷服务需求建议书要求:在2021年前,要将至少10公斤的载荷送到月球表面;2022~2024年,实现中型着陆器登月,可以携带500~1000公斤的载荷;长期规划有载荷质量高达5吨的大型着陆器,能够重复使用,并支持载人登月任务。

  2019年2月14日,美国宇航局举行月球探索计划企业论坛,发布了其登月合作计划。美国宇航局通过“宇航局公告”征集月球着陆器、太空燃料补给系统和转运飞船的设计概念。普思娱乐

  届时,美国宇航局将与优秀的入选者签署合同,授予900万美元资助资金进入为期半年的初步研究阶段。然后,美国宇航局会根据具体的进展情况选择至少两家公司,资助数亿美元进行实体建造。

  50年前的人类第一次登月,目的非常简单,可以说仅仅是为了在那里留下自己的足迹,插上自己的旗帜。而50年后的今天,美国重提登月不仅是为了重拾昔日的太空大业,更是为抵达火星做准备。

  这个转变发生在2008~2009年间,人类在月球两极发现有储量丰富的水冰。这个发现意味着人类有希望利用冰来解决饮水问题,还能用来制造液氢、液氧等火箭燃料,进而发展月球基地进行自给。因此,科学家们普遍认为,月球就好像是通往火星之路上的一个“加油站”。

  去年8月,科学家根据印度的月船1号所传送回来的数据,发现月球的冰是在月球表面上,但是只在永远处于阴影中的月球坑里有。这些零下249摄氏度的月球坑是太阳系中自然形成的最冷的地方。挖掘器械只需要热量就能采出这些水并将其转换成燃料。这无疑又为人类在月球建立迈向深空的前进基地增添了一个“砝码”。

  为此,美国宇航局计划在2023年,发射月球车登陆月面,寻找并采集水冰;在2024年,派遣美国航天员登陆月球南极。

  在月球建立基地之后,随着资源原位利用、食物生产等地外生存甚至星球改造技术的进步,人类将真正向多星球物种转变踏出关键的一步。(作者:李宇飞)