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        美國的重返月球計(jì)劃

        2022-05-30 10:48:04蘭順正
        世界知識(shí) 2022年18期
        關(guān)鍵詞:阿爾忒彌登月載人

        蘭順正

        8月29日、9月4日,美國宇航局(NASA)登月項(xiàng)目“阿爾忒彌斯”(Artemis)計(jì)劃第一階段首次無人試飛飛船“阿爾忒彌斯”發(fā)射升空的安排連續(xù)兩次因技術(shù)和天氣原因推遲,令關(guān)注人類外空探索的航天迷們甚感失望。不過,發(fā)射延遲也使“阿爾忒彌斯”這一規(guī)模宏大的重返月球計(jì)劃受到更多關(guān)注。

        美國的“重返月球”計(jì)劃

        早在小布什執(zhí)政時(shí)期,美國就打算“重返月球”。2005年9月14日,美國航空航天局向白宮提交了旨在重返月球的“星座”計(jì)劃。奧巴馬上臺(tái)以后,一度放棄了“重返月球”計(jì)劃。2017年12月,時(shí)任美國總統(tǒng)特朗普簽署“1號(hào)太空政策指令”,宣布美國宇航員將重返月球并最終前往火星,該指令也催生了NASA的“阿爾忒彌斯”計(jì)劃。

        這個(gè)項(xiàng)目由NASA主導(dǎo),美國多家商業(yè)航天企業(yè)以及國際合作伙伴參與,國際伙伴包括歐洲、日本、加拿大、意大利、澳大利亞、英國、阿聯(lián)酋等國家和地區(qū)的航天機(jī)構(gòu)。

        “阿爾忒彌斯”計(jì)劃分兩個(gè)階段實(shí)施。第一階段從2019年到2024年,科學(xué)目標(biāo)是通過登月飛船試驗(yàn)和對月球的無人探測等準(zhǔn)備工作,在2024年實(shí)現(xiàn)載人飛船在月球南極著陸。第二階段從2025年到2030年,完善建設(shè)月球軌道空間站和月球基地,實(shí)現(xiàn)人在月球上長期駐留,并完成一系列科學(xué)考察和試驗(yàn)任務(wù)。美國還希望以“阿爾忒彌斯”計(jì)劃為基礎(chǔ),于2035年前后在月球上建造一個(gè)可長期有人照料的大型基地,并以該基地為跳板,實(shí)現(xiàn)將人類送上火星的總目標(biāo)。

        登月發(fā)射又分為“阿爾忒彌斯”1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)任務(wù)。1號(hào)任務(wù)為無人實(shí)驗(yàn)飛船,2號(hào)任務(wù)為載人環(huán)月飛行,3號(hào)任務(wù)為在月球南極載人登陸。2020年NASA發(fā)布了計(jì)劃大綱,定于2021年執(zhí)行1號(hào)任務(wù),2023年執(zhí)行2號(hào)任務(wù),2024年實(shí)施3號(hào)任務(wù)。但由于新冠疫情等多方面原因,1號(hào)任務(wù)推遲到今年才執(zhí)行,這樣2號(hào)、3號(hào)任務(wù)也會(huì)相應(yīng)推遲,載人登陸月球南極要到2025年以后才能實(shí)現(xiàn)。

        “阿爾忒彌斯”的船與箭

        “阿爾忒彌斯”計(jì)劃的關(guān)鍵,是“太空發(fā)射系統(tǒng)”(Space Launch System,SLS)火箭和“獵戶座”(Orion)飛船。

        SLS是NASA在2011年推出的新型重型運(yùn)載器。在“阿爾忒彌斯”計(jì)劃中,該型太空發(fā)射系統(tǒng)號(hào)稱“史上最強(qiáng)運(yùn)載火箭系統(tǒng)”。SLS火箭為深空任務(wù)而設(shè)計(jì),可以一次性將Orion飛船及其航天員和大型貨物送上月球,還可以飛往月球、火星、土星和木星等地執(zhí)行無人科學(xué)任務(wù)。SLS火箭可推動(dòng)Orion達(dá)到前往月球所需的至少約每小時(shí)40000公里的速度。每型SLS火箭芯級都配置4個(gè)RS-25發(fā)動(dòng)機(jī)。

        首枚SLS火箭,即Block1構(gòu)型,將用于執(zhí)行“阿爾忒彌斯” 1號(hào)任務(wù),低軌運(yùn)力95t,可運(yùn)送超過26t載荷到達(dá)月球軌道。它帶有兩個(gè)五段固體火箭助推器,進(jìn)入太空后臨時(shí)低溫推進(jìn)級(ICPS)負(fù)責(zé)將Orion送往月球。SLSB lock1火箭下一個(gè)構(gòu)型是Block1B載人火箭,將使用更強(qiáng)大的探索上面級(EUS),低軌運(yùn)力105t,可運(yùn)送約37t載荷前往月球。

        后續(xù)的SLS Block2火箭將使用改進(jìn)的助推器和發(fā)動(dòng)機(jī),低軌運(yùn)力130t,可向月球提供超過45t的有效載荷。不過也有觀點(diǎn)認(rèn)為,SLS是保守過時(shí)的產(chǎn)物,因?yàn)樵撓到y(tǒng)是一種從航天飛機(jī)演變而來的重型運(yùn)載火箭,在初步設(shè)計(jì)中航天飛機(jī)主發(fā)動(dòng)機(jī)和航天飛機(jī)固態(tài)助推器都會(huì)被作為計(jì)劃的一部分。8月底首飛的SLS搭載有三個(gè)裝著儀器的人體模型,另外還有10顆立方體衛(wèi)星同行,這些衛(wèi)星每顆約為一個(gè)公文包大小,可用于探測月球、小行星和深空輻射環(huán)境。

        2022年6月6日,“阿爾忒彌斯1號(hào)”運(yùn)抵美國佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心發(fā)射臺(tái)。

        Orion飛船每次最多可運(yùn)送4名航天員及所需物品在太空工作長達(dá)21天。飛船由乘員艙、發(fā)射中止系統(tǒng)(LAS)、服務(wù)艙等組成,發(fā)射時(shí)總質(zhì)量約35t。航天員任務(wù)期間在乘員艙里生活和工作。LAS安裝在Orion頂部,發(fā)生緊急情況時(shí)可在幾毫秒內(nèi)將乘員艙推離火箭。服務(wù)艙為乘員艙提供能量和生命支持,以及太空中推力。據(jù)悉Orion上運(yùn)行軟件的計(jì)算機(jī)每秒可以處理4.8億條指令。

        登月中轉(zhuǎn)站與著陸器

        在“阿爾忒彌斯”計(jì)劃中,實(shí)現(xiàn)載人登月之前,美國將先建立一個(gè)被稱作“門戶”(Gateway)的月球軌道空間站。該空間站將會(huì)設(shè)立多個(gè)與飛船連接的對接口,甚至還會(huì)設(shè)立一個(gè)可供宇航員休息與“候船”的載人艙,可被看作宇航員往返月地之間的中轉(zhuǎn)站。美國馬克薩爾科技公司已經(jīng)為“門戶”空間站建造了一座功率為50千瓦的高功率太陽能驅(qū)動(dòng)器,作為月球軌道空間站的動(dòng)力系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)裝置。

        據(jù)NASA透露,“深空之門”將會(huì)在2023年開建,2026年建成?!伴T戶”項(xiàng)目延續(xù)了國際空間站的合作模式,依然由美國主導(dǎo)、16個(gè)國家參與,包括俄羅斯、日本、加拿大、巴西和11個(gè)歐洲航天局成員國。不過,由于俄羅斯近來與歐美國家的關(guān)系降至冰點(diǎn),未來是否繼續(xù)參與就不得而知了。

        而在登月著陸器方面,包括太空探索技術(shù)公司、藍(lán)色起源公司和航天動(dòng)力公司等民間航天企業(yè)都參與了競標(biāo),最終太空探索技術(shù)公司中標(biāo),獲得了價(jià)值29億美元的著陸器建造協(xié)議。有消息稱,馬斯克的太空探索技術(shù)公司(SpaceX)的“龍飛船”將作為地球到月球空間站之間的“貨物公交車”,而SpaceX的巨型星艦將作為登月艙,從作為中轉(zhuǎn)站的門戶空間站接送往來月球表面的人員和貨物,這也意味著執(zhí)行將宇航員運(yùn)送上月球任務(wù)的Orion飛船,不再需要攜帶登月艙,而只需將人和貨物運(yùn)送到漂浮在月球軌道的門戶空間站即可。

        有分析認(rèn)為,“阿爾忒彌斯”計(jì)劃之所以將月球南極作為重點(diǎn),是因?yàn)樽罱鼛啄甑脑虑蛱剿靼l(fā)現(xiàn),在月球的南、北極地區(qū)可能存儲(chǔ)著大約4.5億噸固態(tài)水。這一情況如果屬實(shí)的話,在附近地區(qū)建立月球基地的美國宇航員便可就近采集冰塊,解決生活用水問題,對人類長期在月球基地停留會(huì)是個(gè)重大利好因素,條件成熟后還可利用這些冰塊制造液氫和液氧,為將來更多、更宏偉的深空探索任務(wù)提供燃料。

        “阿爾忒彌斯”計(jì)劃還有許多細(xì)節(jié)問題仍在研發(fā)改進(jìn),包括艙外活動(dòng)裝置、宇航服的設(shè)計(jì)制造,等等,存在很多變數(shù),“太空發(fā)射系統(tǒng)”火箭和“獵戶座”飛船首發(fā)試飛的暫時(shí)遇挫使得美國確保在2025年前把自己的宇航員再次送上月球的目標(biāo)進(jìn)一步受到削弱。

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