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        注水的“太空加油站”

        2018-03-16 07:06:08遲惑
        太空探索 2018年3期

        文/ 遲惑

        ▲ 月球前哨站的建造過(guò)程

        ▲ 月球前哨站及其水處理設(shè)施

        ▲ 不帶減速傘的“工蜂”

        在討論應(yīng)用場(chǎng)景之前,還需要介紹團(tuán)隊(duì)設(shè)想的另外一種航天器“工蜂”,也就是不帶捕捉囊和采礦探針,卻帶著大容量水囊的“蜜蜂”變種。前文說(shuō)過(guò),NASA一直在研究太陽(yáng)能熱推進(jìn)的可能性?!懊鄯洹钡膬筛辩R子所產(chǎn)生的高能光束能用來(lái)照射小行星,也能用來(lái)加熱已經(jīng)提取出來(lái)的水,作為空間推進(jìn)的動(dòng)力?!懊鄯洹北旧硪惨眠@種原理來(lái)實(shí)現(xiàn)空間機(jī)動(dòng)。而“工蜂”的任務(wù)有兩類(lèi),一類(lèi)是從“蜜蜂”那里取走開(kāi)采出來(lái)的水,送到月球逆行軌道上的水庫(kù);第二類(lèi)則是作為空間拖車(chē),把衛(wèi)星、月球探測(cè)器、小行星探測(cè)器和火星探測(cè)器拖運(yùn)到指定的軌道上。它的貨物是水,燃料也是水。

        不但如此,一部分“工蜂”需要往返于低地球軌道、高軌道和地月空間。所以,這類(lèi)“工蜂”還帶有減速傘,用于從較高的軌道降低到低軌道。

        “方斯”和“滑板車(chē)”

        以“蜜蜂”和“工蜂”為基礎(chǔ),結(jié)合NASA和商業(yè)航天界此前的一些成果,特別是比格羅航天公司的B330充氣式太空艙,團(tuán)隊(duì)設(shè)想了一系列大大小小的航天器,分別是月球逆行軌道上的“月球軌道前哨站”、“方斯”推進(jìn)劑生產(chǎn)設(shè)施、“蜜蜂”、“工蜂”、用于登月的可重復(fù)使用飛行器、用于幫助航天員進(jìn)行太空行走的敞篷小飛船“滑板車(chē)”,以及用于前往火星和火衛(wèi)二的深空探索系統(tǒng)。

        在這其中,“方斯”和“滑板車(chē)”算得上是比較有意思的創(chuàng)意。

        “方斯”是羅馬神話(huà)中的井神和春天之神,不少?lài)?guó)外商家也用他來(lái)命名戶(hù)外取水設(shè)備。在本文的主體中,“方斯”是一個(gè)通用多種揮發(fā)性物質(zhì)分離、處理和存儲(chǔ)系統(tǒng),由TransAstra公司和科羅拉多礦業(yè)學(xué)院聯(lián)合設(shè)計(jì)。它可以用多種物理和化學(xué)手段,把流體中的水或者其他化合物分離出來(lái),生產(chǎn)出水、液氧、液體甲烷、二氧化碳乃至氫氣。這些產(chǎn)品一方面可以提供給航天員用于生存和生活,一方面可以作為“工蜂”等航天器的燃料。

        “滑板車(chē)”看上去像是一個(gè)短粗的獨(dú)木舟,它的長(zhǎng)度達(dá)到6.55米,直徑1.68米。上面有8個(gè)過(guò)氧化氫推力器,無(wú)論推力還是持續(xù)工作時(shí)間,都比航天員背包上那幾個(gè)小推力器強(qiáng)多了。航天員乘坐著它,可以更容易地在空間站外部繞飛,還可以前往小行星進(jìn)行勘察。不但如此,“滑板車(chē)”上還有一套輔助生命保障設(shè)施,只要把它連入航天服,就可以為航天員供氧、供熱,延長(zhǎng)艙外活動(dòng)時(shí)間。“滑板車(chē)”最多可以乘坐三位航天員,或者等重的物資。

        有了這些航天器,就可以不間斷地從小行星上取得水,然后存儲(chǔ)在月球軌道前哨站上。這個(gè)前哨站也將因此而成為宇宙里的加油站,不過(guò)它提供給過(guò)往航天器的并不是汽油也不是柴油,而是水、氧氣和甲烷。

        五種應(yīng)用場(chǎng)景

        利用上面這幾種航天器,可以執(zhí)行五種不同的任務(wù)。

        首先是月球軌道前哨站運(yùn)行,這個(gè)設(shè)施不但作為地月、地火之間的中轉(zhuǎn)站,也是“方斯”的容身之處?!肮し洹睍?huì)把從“蜜蜂”那里取來(lái)的不純凈水帶到這里,處理成需要的物質(zhì),存儲(chǔ)起來(lái)。月球軌道前哨站上還將設(shè)置兩個(gè)B330艙和兩臺(tái)“滑板車(chē)”,以及一些發(fā)電和指揮控制設(shè)施。

        第二是近地小行星探索,由“工蜂”推動(dòng)一個(gè)深空探索空間站前往近地小行星,空間站上有兩個(gè)較小的充氣艙和兩臺(tái)“滑板車(chē)”。抵達(dá)近地小行星后,航天員乘坐“滑板車(chē)”前去勘察,還可以帶回樣品。

        第三是登月,從地球上發(fā)射空載的可重復(fù)使用航天器,前往月球軌道前哨站,加滿(mǎn)水之后再前往月球表面。完成探索之后再回到月球軌道前哨站,往復(fù)運(yùn)輸水、氧氣等物資,為月球基地的建設(shè)提供資源。

        第四是火星和火衛(wèi)二探索,火星探測(cè)場(chǎng)景是在小行星探測(cè)組合的基礎(chǔ)上加裝人員居住艙,攜帶更多的生活物資。當(dāng)然還要帶上“滑板車(chē)”,并且要配置能夠適應(yīng)火星重力和大氣環(huán)境的起降飛行器,可以考慮洛·馬公司提出的火星起降飛行器MLAV。為了能在遠(yuǎn)離地球的地方繼續(xù)獲得補(bǔ)給,還要帶上“蜜蜂”和“方斯”。實(shí)施探測(cè)時(shí)候,首先要把上述飛行器分步發(fā)射到低軌道,再用“工蜂”推進(jìn)到月球軌道前哨站,加滿(mǎn)水和液氧、甲烷,然后向火衛(wèi)二進(jìn)發(fā)。抵達(dá)之后,航天員乘坐“滑板車(chē)”前往火衛(wèi)二,取下巖石樣品用于研究。如果找到了富含水分的巖石,就把它拖到“蜜蜂”那里進(jìn)行提取。這些“蜜蜂”的技術(shù)特點(diǎn)也有別于在地月空間工作的同類(lèi),更適合于對(duì)付整塊的堅(jiān)硬巖石,被稱(chēng)作“火星蜜蜂”。為了從火星上起降,還要配屬相應(yīng)的火星起降飛行器,是在前文所述的月球探索用可重復(fù)使用飛行器基礎(chǔ)上改進(jìn),還是引入洛·馬公司的火星起降飛行器,尚在研究之中。

        第五是地球靜止軌道衛(wèi)星轉(zhuǎn)移,這就要用到帶有減速傘的“工蜂”了?;鸺龔牡厍蚱痫w,先把衛(wèi)星放置到低軌道上,然后“工蜂”從工作軌道降低到地球附近,展開(kāi)減速傘,在稀薄大氣中不斷減速下降,和低軌道上的衛(wèi)星對(duì)接。然后,“工蜂”收起減速傘,啟動(dòng)太陽(yáng)能熱推力器,向靜止軌道前進(jìn)。如果“工蜂”用盡了作為推進(jìn)介質(zhì)的水,它就回到月球軌道前哨站去補(bǔ)充。

        相關(guān)鏈接:小行星上有水嗎?

        航天工程在策劃期間可以腦洞大開(kāi),但是在考察可行性的時(shí)候,就要實(shí)施精確的計(jì)算。小行星取水的想法能不能實(shí)現(xiàn),取決于這樣兩個(gè)問(wèn)題:小行星上真的有水嗎?如果有,怎么才能把它開(kāi)采出來(lái)?

        根據(jù)科學(xué)家們的觀測(cè),水在太陽(yáng)系并不是很罕見(jiàn)的東西。中科院紫金山天文臺(tái)研究員季江徽就曾經(jīng)對(duì)記者說(shuō),他說(shuō):“事實(shí)上,在整個(gè)太陽(yáng)系,水是常見(jiàn)的物質(zhì),尤其在太陽(yáng)系外圍的天體中,水大面積存在著。而太陽(yáng)系里的天體中,除了土星和木星的衛(wèi)星以外,還有很多的水分布在小行星上?!?/p>

        很多科學(xué)家還認(rèn)為,地球上的水資源其實(shí)都是小行星帶來(lái)的。月球上如果存在水資源,也是小行星撞擊的結(jié)果。實(shí)際上,哈勃空間望遠(yuǎn)鏡曾經(jīng)觀察到170光年外的一次撞擊,一顆含水量高達(dá)26%的小行星一頭撞在了自己的母星GD61上。相比之下,地球上的水只占總重量的0.02%。所以,我們今天賴(lài)以生存的水,很可能也是這么來(lái)的。

        2016年10月,美國(guó)地理測(cè)繪局還與NASA聯(lián)合發(fā)布消息,認(rèn)為在小行星塞姬上,可能存在大量的水。不過(guò)塞姬距離地球太遠(yuǎn)了一些,近期人們能夠接近并加以開(kāi)發(fā)的,應(yīng)該是所謂的近地小行星。這類(lèi)小行星的數(shù)量在兩萬(wàn)個(gè)左右,人們對(duì)其中一些進(jìn)行了探測(cè)。例如噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室就曾經(jīng)發(fā)表論文,指出一顆編號(hào)為2011 HP的小行星上富含水資源。美國(guó)行星資源公司的預(yù)測(cè)更加樂(lè)觀,這家公司在自己的網(wǎng)站上說(shuō),“人類(lèi)可以到達(dá)的近地小行星上就有大約兩萬(wàn)億噸水”。這個(gè)數(shù)字雖然只有地球水資源的一個(gè)零頭,但對(duì)早期星際航行來(lái)說(shuō)已經(jīng)算很豐富了。

        不但如此,人們很早就通過(guò)頻譜觀測(cè)知道,彗星的彗核就是一個(gè)臟雪球。歐洲羅塞塔彗星探測(cè)器近距離觀測(cè)楚留莫夫-格拉希門(mén)克彗星之后,進(jìn)一步證明了這個(gè)觀測(cè)是正確的。

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