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        失落的“阿爾忒彌斯”計劃

        2022-10-11 18:36:42曹載濟
        南風窗 2022年19期

        曹載濟

        美國國家航空航天局(NASA)重返月球的計劃,和其名字“阿爾忒彌斯”一樣命途多舛。原計劃2021年上半年發(fā)射,一年后,燃料泄漏、排放管線故障依然難以解決。

        希臘神話中,月神阿爾忒彌斯是太陽神阿波羅的姐姐,戀情飽受阿波羅阻撓,最終只能與變?yōu)椤矮C戶座”的愛人遙遙相望。而攜帶著“獵戶座”飛船、屢次“跳票”的“阿爾忒彌斯計劃”,還是活在半個世紀前“阿波羅計劃”奪目光環(huán)的陰影里。

        阿爾忒彌斯命途多舛

        “阿爾忒彌斯計劃”卡在了進度條的第一步。一鼓作氣,再而衰,三而竭?!鞍栠瘡浰?號”遠不止三次宣布延期發(fā)射。

        2019年,NASA正式宣布實施“阿爾忒彌斯計劃”,目標是在2024年前將美國宇航員送上月球,2028年前于月球表面建立永久基地,為登陸火星和深空探測任務奠定基礎。

        當時的特朗普政府雄心勃勃,明確表示2024年前,一名男性和一名女性將會登上月球。這個震驚世界的計劃,實際打亂了正確的步驟:先派遣探測器、機器人,再送人登月。白宮迫使NASA調整優(yōu)先順序,造成了計劃難產(chǎn)。

        月球是“永久性存在”,不會“跑路”。載人登月匆忙上馬,只會增加復雜性和成本,收益少得可憐。即使登月成功,一男一女肯定沒法像機器人那樣,建造庇護所,維護水源,制造氧氣和火箭燃料,鋪設月面軌道。他們來回至少花費300億美元,卻沒法給后續(xù)的登月事業(yè)提供基礎設施。

        白宮一年的擔保資金就要16億美元,還只是花銷的“小頭”。業(yè)內人士判斷,一旦特朗普沒能連任總統(tǒng),下屆政府必然取消這項燒錢計劃。然而,2021年2月,拜登政府決定支持NASA將“阿爾忒彌斯計劃”進行到底。

        就在“阿爾忒彌斯計劃”又一次宣布延期發(fā)射的同時,中國空間站上神舟十四號航天員開啟問天實驗艙艙門,完成全部既定任務。按照計劃,2030年代前,中國將實現(xiàn)航天員登月。

        太空競賽隱喻著,一旦對手有更先進的技術,那么一定有更優(yōu)越的思想內涵。2030年“大限將至”,美國不得不將“阿爾忒彌斯計劃”的實現(xiàn)日期劃定在2028年甚至2024年。

        政府操之過急,NASA也不是很靠譜。美國政府問責局發(fā)現(xiàn),NASA和太空發(fā)射系統(tǒng)主要承包商波音公司,“低估了核心發(fā)動機級段制造和裝配的復雜性”。

        而外包的私人企業(yè)麻煩不斷。本來,純粹出于商業(yè)利益進入太空的藍色起源、Space X、畢格羅航宇、維珍銀河等公司,推動了低成本、高效率、實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟的“新太空”運動,但政府和社會資本合作的“PPP”模式,卻被連綿不斷的法律訴訟掣肘。一個訴訟,隨隨便便就要耗去7個月時間。

        NASA在2020年與藍色起源、Space X以及另外一家公司簽訂了價值9.67億美元的合同,資助三者開發(fā)“阿爾忒彌斯計劃”的月球著陸器。NASA最終選擇了Space X,導致藍色起源大為不滿,一邊上告,一邊公開批評Space X下一代“星艦”極其復雜、風險太高。訴訟期間,NASA暫停了與Space X的合作。

        “阿爾忒彌斯1號”的進度,隨時可能陷入停滯。

        最強大火箭整裝待發(fā)

        21世紀“新太空競賽”,被幾方拖后腿的“阿爾忒彌斯計劃”,似乎難以超越“阿波羅計劃”的鋒芒。1968—1972年,美國完成了9次載人登月任務,6次成功著陸,共12位宇航員登陸月球。

        20世紀70年代,美國本應擴大載人登月的成果,繼續(xù)探索火星或無垠的宇宙。不過,這類說法更像是太空愛好者的愿望。對于上世紀七八十年代的美國總統(tǒng)而言,優(yōu)先考慮的主要是越戰(zhàn)、石油危機和別亂花納稅人寶貴的錢。

        這個震驚世界的計劃,實際打亂了正確的步驟:先派遣探測器、機器人,再送人登月。白宮迫使NASA調整優(yōu)先順序,造成了計劃難產(chǎn)。

        在太空領域,物理學問題等于經(jīng)濟學問題。佇立于發(fā)射臺等待升空的龐然大物,90%的質量是燃料,8%的質量是金屬外殼,送入太空的東西—人和貨物,只占總質量的2%。

        也就是說,載人航天的機制是,把人綁在幾根帶著上千噸燃料和極少量物品的一次性煙花筒上。50年前,每千克貨物的成本就超過1萬美元。

        所以,在“阿波羅計劃”1972年12月最后一次載人登月后,整整半個世紀里,人們還是只能看到宇航員在地球上空區(qū)區(qū)幾千米的地方養(yǎng)螞蟻、翻跟頭。21世紀的太空探索,就是如此令20世紀的人大跌眼鏡,畢竟1970年代的主流想法是,1990年代在小行星采礦,2000年探索木星和土星的衛(wèi)星。

        也不完全是錢的問題。自2003年以來,美國在伊拉克、阿富汗和其他相關戰(zhàn)爭中,花費了超過4.79萬億美元。粗略估算,相當于至少40次大規(guī)?;鹦侨蝿盏某杀荆銐蛟诨鹦巧辖⒂谰镁幼↑c。

        如今的美國,需要通過“阿爾忒彌斯計劃”顯得“再次偉大”。

        “阿爾忒彌斯計劃”完全圍繞“載人”設計?!矮C戶座”飛船,由三部分組成。一是乘員艙,可容納4名宇航員工作和生活;二是服務艙,內有機組人員的生命支持系統(tǒng)、發(fā)動機和燃料儲備;三是發(fā)射中置系統(tǒng),出現(xiàn)任何意外,系統(tǒng)可以將乘員艙拉到安全地方。

        為了完成載人和重型載荷任務,NASA建造的SLS,得名“世界最強大的火箭”,很多方面都超越了“阿波羅”時代的傳奇—土星五號。它包括一個貨艙,一個勘探上層級,一個核心級,兩個額外的固體火箭助推器。SLS重達2721噸,其中2358噸是燃料。4臺RS-25D發(fā)動機,是目前世界最大的階段燃燒液態(tài)氫氧發(fā)動機,起飛時最大推力可達39.1MN(兆牛頓),比土星五號的34.5MN高出15%。

        據(jù)悉,“阿爾忒彌斯1號”的旅程長達209萬公里,持續(xù)42天。“獵戶座”飛船載重54.4千克,內含三個模擬宇航員的人體模型、史努比玩偶等物品。

        隨“獵戶座”飛船進入月球軌道的,還將有10顆立方體衛(wèi)星。去年7月,立方星已經(jīng)部署在火箭上。發(fā)射延遲一年,目前有5顆重新充電。這些立方星攜帶不同的科研任務,研究微生物、水、氫含量、太陽粒子紅外線等不同領域。立方星成本較低,故障率相對較高,若有幾顆沒法完成任務,也在意料之中。

        航天飛機改頭換面,月球商業(yè)化?

        美國重返月球,步履艱難,一個更重要的原因是,試錯的成本高昂,幾乎“浪費”了30多年的時間。隨著2011年最后的三架航天飛機退役,美國甚至失去了將人類送上太空的能力—一度要付給俄羅斯8000萬美元,才能將一名宇航員送往空間站。

        創(chuàng)建于1970年代初的航天飛機項目,計劃做出每兩周就能運送一次的廉價低軌運載工具。人人都抱怨,火箭太費錢了,他們沒意識到,火箭其實就是把貨物發(fā)往太空的導彈。NASA就是在美國海軍研究實驗室和美國陸軍彈道導彈局的基礎上建立的,后者聘用了被俘的德國導彈專家馮·布勞恩—后來土星五號運載火箭的總設計師。

        1960年代,NASA是五角大樓的第六個角。五角大樓發(fā)射導彈,從來不會考慮回收等成本問題。但是,電視的普及,讓火箭的“奢侈”一目了然,畢竟它不是射向敵人陣營的導彈,說燒就燒完。

        航天飛機項目,一開始著眼于回收火箭助推器:從海里撈起來,翻新后再利用。聽起來非常節(jié)儉,實際情況是,助推器損壞嚴重,翻新比造新的貴很多。

        科學家、科幻作家大衛(wèi)·布林的小說《油罐農(nóng)場發(fā)電機》可能說出了一些有識之士的想法:如果把航天飛機的主燃料箱留在軌道上,在太空收集并焊接,美國就能在近地軌道擁有一個低成本的環(huán)形設施,產(chǎn)生人造重力,能容納1000多人。故事背后的一層意思是,NASA的省錢技能,根本沒點對地方。

        回收口號下的“降本增效”,嚴格限制了工程師的創(chuàng)造力。為了重復使用,每次發(fā)射的成本增加了大約5億美元。國會為了政治分肥,把航天飛機各個部件的合同分給自己的選區(qū),遍布美國的東西南北,造成了不必要且昂貴的物流費用。

        最后算一筆總賬,航天飛機項目每次發(fā)射,成本大約為15億美元,足夠完成每年6次的火箭載人發(fā)射。該項目如此令人費解,把當時的蘇聯(lián)人都嚇得不輕。連NASA自己現(xiàn)在也承認,航天飛機項目是個錯誤。

        由于航天飛機是NASA的主要發(fā)射裝置,大量后續(xù)項目均受到影響。根據(jù)航天飛機貨艙規(guī)格設計的、特定尺寸和質量的衛(wèi)星,只能推遲或取消發(fā)射。航天飛機成本超支,擠壓了性能更優(yōu)越的運載火箭技術的研發(fā)資金,進而形成惡性循環(huán),導致NASA飛向太空的成本越來越高。

        一切壯舉都需要巨大的努力,巨大的努力需要巨額的資金。良好的利潤,既是目的,也是結果。

        此外,美國政府首腦每隔四年或八年更換一次,NASA必須調整步伐,來適應每一屆政府的不同藍圖。反正,從1970年代開始,飛往火星總是“再隔20年,我們來相會”的調門兒。目前拜登政府也是這樣描繪的。

        航天飛機不是《星球大戰(zhàn)》的千年隼那樣,地面起飛,瞬間進入太空,它們是需要用火箭送入太空的滑翔機。今天,得到大眾青睞的是“太空飛機”,能從地面直接進入低地軌道。

        大體上“靠自己”的第一架接近外太空的飛機,是美國空軍的X-15超音速火箭動力飛機,1960年代服役。X-15先從B-52載機上墜落到13.7千米高度,再上升到80千米以上,飛行員具備宇航員資質。

        X-15的成功,啟發(fā)了21世紀乘坐太空飛機旅行的消費概念。2004年,“太空船1號”是第一架到達太空的私人太空飛機,飛躍了海拔100千米的太空邊界“卡門線”。維珍銀河、藍色起源都已經(jīng)開發(fā)類似的項目,讓數(shù)名乘客在幾分鐘微重力的環(huán)境下,欣賞10萬米高空漆黑太空背景下地球邊緣的曲線,這是近地軌道的商業(yè)競賽。

        歐洲也有一個前瞻性極強、資金不足的太空飛機方案—云霄塔(Skylon),它是英國反作用發(fā)動機有限公司設想的單級入軌航天器,從1980年代開始研發(fā)。飛機使用一款叫SABRE的混合超燃沖壓發(fā)動機,從大氣中抽取氧氣作為氧化劑,直到速度達到5馬赫,然后切換到儲存的氫、氧火箭燃料,以獲得更快速度和更高推力。因為一直缺錢,到目前為止也只能進行概念測試。

        一切壯舉都需要巨大的努力,巨大的努力需要巨額的資金。良好的利潤,既是目的,也是結果。對月球探索來說,也是一樣。

        沒有人擁有月球。根據(jù)《外層空間條約》,月球不屬于任何人。

        就像南極的開發(fā),隨著登月成本逐漸低廉,月球上將成立一個個科學實驗所。當月球上的資源被證明有利可圖,所有協(xié)議都面臨失效的風險,各國和各大公司將爭奪最好的“地盤”,并在國際法庭上就《外層空間條約》為自己辯護。等到數(shù)萬億美元的利潤可以實現(xiàn),月球終將“商業(yè)化”大開發(fā)。

        地球上的歷史就是如此。

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