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2024年載人重返月球,阿爾忒彌斯計劃靠不靠譜?

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匿名
匿名  發表於 2019-6-9 15:53 |閱讀模式
  如果有人從上世紀的冷戰時期穿越過來,他可能會問你:今年是哪一年?人類的火星基地建成了嗎?

  你會告訴他:今年是人類首次登上月球50周年,然而,我們不僅沒去火星,連月亮也沒有人能再去了。

  

  月球基地想象圖 | NASA

  1957年10月4日,人類成功發射首顆航天器——人造地球衛星1號。1969年7月20日,阿波羅11號實現了人類首次載人登月。

  從航天伊始到成功登月,人類只用了12年。

  1970年9月,原定的阿波羅18-20號取消,人類登月的終點就此被敲定。

  從成功登月到決定終止,人類只用了1年時間 。

  1972年12月14日,隨著阿波羅17號離開月球表面,一個時代宣告結束。

  從那以後,人類的最遠活動範圍急劇龜縮,從38萬公裡外的月球回歸到400公里高的空間站,只有之前的大約千分之一。

  

  1972年,阿波羅17號指令長尤金·塞爾南在月球上飆車 | NASA

  漫長的等待

  人們50年來的裹足不前,最可能的原因非常簡單——錢。

  阿波羅計劃時期,NASA連續4年耗費美國財政預算的3%,最高接近5%。

  相比之下,如今NASA只花費美國財政預算的0.5%,高額而持續的開支是當年的美蘇都難以持續承擔的。

  除了耗資巨大,人們放棄後續計劃的另一個因素,是蘇聯在載人登月上的失利。當時蘇聯航天的資金要比美國緊張,登月項目進展不利,而美國在登月成功之後,也最終失去了太空競賽的動力。

  

  NASA每年的財政預算佔比 | Wikipedia

  但地球人真的沒有繼續探索太空的錢嗎?和最高5%的航天經費相比,2018年,美國財政預算的15%是軍費開支,24%是醫療保障,分別是太空預算的30倍和50倍之多。

  所以,地球人並不是完全沒錢的。制約航天發展的另一個關鍵因素來自決策層。

  阿波羅計劃的終結和冷戰的結束,都使得航天進入了低谷期。

  

  月球正面的軟著陸探測器分佈地圖,圖中Luna為蘇聯的月球系列,Surveyor為美國的勘探者系列,Apollo是阿波羅系列,另有嫦娥三號 | Wikipedia

  不過,如今的航天事業,又開始重現活力,欣欣向榮了。

  2018年,人類的火箭發射次數重回100次以上,而上一次實現這一目標是28年前的1990年。

  同一年,獵鷹重型火箭首發成功,人類上一次發射重型運載火箭,是30年前的1988年,能源號火箭將暴風雪號太空梭送入太空。

  也是這一年,嫦娥四號實現人類第一次在月球背面軟著陸。而此前的2013年,嫦娥三號在月球正面的那次著陸,打破了月球37年沒有軟著陸的寂靜。再上一次,是1976年的月球24號。

  是時候讓宇航員重返月球了。

  

  獵戶座飛船逃逸系統測試 | NASA

  重返月球路,一波三折

  早在2004年,伴隨著「星座」計劃概念的提出,美國小布希政府和當時的NASA就萌生了新一代重型火箭和載人飛船的想法,並計劃於2020年前重返月球。

  然而好景不長,2010年,次貸危機下的奧巴馬政府將「星座」計劃束之高閣。

  不過,就在第二年,迫於多方面的壓力,新的載人航天計劃又被提上日程,縮水版獵戶座載人飛船和SLS重型火箭成為了NASA新一代載人航天的核心。

  

  SLS重型運載火箭 | NASA,作者漢化

  不過,兩個項目進展並不順利,首飛日期一再推遲,快要形成一年延後一次,一次延後一年的慣例了。

  

  搭載獵戶座飛船的SLS火箭爆炸視圖 | NASA作者漢化

  終於,輪到現任美國總統特朗普看不下去了:你們到底去不去月球?

  他見證登月的時候,還是個23歲的小夥子,如今已是古稀總統了。

  於是乎,特朗普帶上胡蘿蔔和大棒,告訴NASA:今年額外給你們16億美元的撥款,我要你們2024年重返月球!

  如果特朗普連任,這正是他作為美國總統的最後一年。

  16億美元是什麼概念呢?

  NASA今年的財政預算是210億美元,其中重型火箭和載人飛船的預算為48億美元;SLS重型運載火箭在8年中花費的資金大約為140億美元;獵戶座飛船則在12年內花費了160億美元。

  

  NASA局長宣布載人登月新計劃,背景是獵戶座飛船,右側有SLS模型 | NASA

  為了降低SLS和獵戶座繼續跳票的風險,特朗普特別指出,你行就你上,你要是不行,誰的火箭和飛船行就誰上。

  除了重型火箭和載人飛船,NASA已經在尋求商業航天的合作,向月球運送物資。

  而這16億美元的分配中,也只有6.5億美元給了SLS重型運載火箭和獵戶座載人飛船,剩餘10億則是讓NASA開展商業航天領域的載人登月項目。

  以女神的名義

  新載人登月工程的名稱,是希臘神話中的月亮女神、太陽神阿波羅的孿生姐姐——阿爾忒彌斯。

  在這個以月亮女神命名的工程里,將首次搭載女宇航員前往月球。

  而在此之前,無論是登月的12名宇航員,還是近距離圍觀過月球的24名宇航員,無一例外都是男性。

  這一次登月,按男女搭配幹活不累男女平等的原則,將派遣一名女宇航員和一名男宇航員共赴月球。

  

  古希臘陶器中的形象,阿波羅(左一)阿爾忒彌斯(左二) | Wikipedia

  根據NASA的最新計劃:

  登月工程的阿爾忒彌斯1號任務——SLS重型運載火箭將搭載獵戶座載人飛船進行首飛,時間定在了2018 ,2019,2020年;

  

  阿爾忒彌斯1號任務規劃 | NASA作者漢化

  到2022年,獵戶座飛船將進行第二次飛行,也是第一次載人飛行;

  2023年,美國的月球車時隔51年後重返月球,為載人登月搜集更多有關著陸區域的信息;

  而2024年,也是特朗普要求的這一年,NASA將進行載人登月;

  在此之後的幾年中,NASA每年都將派遣宇航員前往月球,他們不僅會完成登月任務,還會繼續組建Gateway月球中繼站。

  預計到2026年中繼站建設完成,之後,宇航員將於2028年著手建立月球地面站。

  根據之前和最新的計劃,以月球基地作為跳板,NASA的載人登陸火星都選在了2035年前後。

  

  NASA目前的登月計劃時間表 | NASA 作者漢化

  月球空間站

  這一次的登月計劃,並不是照搬50年前的技術,在科學目標和探索方式上有著千差萬別。

  比如,這一次登月的目的地非常明確——月球南極,這裡是目前月球探測的熱門地區。

  而在歷史上,月球南極是長期被忽視的區域,沒有探測器在附近軟著陸。嫦娥四號是目前距離月球南極最近的軟著陸探測器,然而它到月球南極,仍然有著相當於哈爾濱與北極點之間的緯度差。

  月球南北極近些年熱門的一個重要原因,是人類發現這裡可能蘊含了數百萬噸的水冰,這對月球探索和未來的月球基地都至關重要。

  

  月球南極永久陰影帶中可能蘊含水冰 | NASA

  而和阿波羅工程最主要的區別在於,這次人類要在月球留下來,而不只是在月球留下痕迹、帶走樣品。

  由於阿波羅計劃比空間站要早,當時的人們並沒有讓宇航員長期駐留太空的能力。

  於是,在設計阿波羅工程時,載人飛船甚至沒有太陽能帆板,只攜帶足量的電池組,最終需要在有限的時間內完成儘可能多的任務,最長的任務周期只有13天。

  

  阿波羅登月艙2號,收藏於美國國家航空航天博物館  | Wikipedia

  而現如今,空間站技術相對完善,人類已經掌握了長期在太空中生存的技術。空間站的位置可以再向外挪一挪,不用都擠在近地軌道上了。

  基於這一因素,阿爾忒彌斯工程有了和之前探月計劃不同的一款航天器,The Gateway。原義表示網際網路中的網關,或現實生活中的入口,我們可以理解成月球前哨站、月球中繼站的意思。

  

  Gateway的構造概念圖,右下角是國際空間站和Gateway的大小比較 | NASA,作者漢化

  阿波羅計劃也曾經有環繞月球的指令艙和登月艙,但只是無奈之舉。如果阿波羅飛船全部登月,就需要打造比土星5號更大的土星C8火箭。作為最終的折中方案,阿波羅飛船在月球軌道分離和對接,只讓登月艙登月。

  而阿爾忒彌斯的月球中繼站則將長期環繞月球,並自動化運作。按照計劃,宇航員一年至少會進駐一次,每次最長可在中繼站中生活3個月。

  與阿波羅計劃差別更大的是,載人和登月的飛船將是可重複使用的。因此,Gateway中繼站起到了類似機場的作用,宇航員可以在一次任務中進行多次登月,中繼站為宇航員提供休整、補充補給和更換科學儀器的空間。

  

  Gateway 計劃由多國宇航機構合作建造 | NASA

  不過,和國際空間站相比,月球中繼站要小得多,前者的居住容積大約相當於六居室,而後者只是基本的一居室。

  較小的月球中繼站預計需要5~6枚火箭運載,而建造國際空間站一共發射了34次火箭。

  Gateway中繼站和國際空間站一樣,也將是多國合作研發,目前計劃有美國宇航局NASA、歐空局ESA、俄羅斯宇航局ROSCOSMOS、日本宇航機構JAXA和加拿大宇航局CSA參與其中。

  根據目前的計劃,月球中繼站的第一部分將於2022年發射,預計將在2026年初步完成搭積木式的拼裝。

  

  Gateway中繼站與獵戶座飛船的想象圖 | NASA

  機遇和挑戰

  這次特朗普疑似空降的登月計劃,到底是否可以實現,會不會像他的部分語錄一樣「不靠譜」呢?

  總的來說,這個計劃能否實現,仍然受制於前文中有關登月的諸多限制因素。

  從樂觀的角度來看,這個看似空穴來風的登月計劃,實則繼承了15年來(2004~2019)、三任美國總統的載人航天計劃,在這些斷斷續續換了幾個名稱的計劃中,已經投入了大量的資金和人力,並積累了豐富的經驗。

  儘管SLS重型運載火箭和獵戶座飛船一直在跳票,但我們可以看到,這些項目一直在持續推進。

  此外,商業化的SpaceX重型獵鷹、超重型獵鷹火箭和載人龍飛船,藍色起源的新格倫重型火箭,波音的CST-100飛船項目也都在推進中。

  前往月球的貨運補給也可以通過商業航天來降低經費需求。在這次的登月計劃中,也明確提到了讓商業航天參與載人登月的方方面面。

  而從悲觀的角度來看,登月計劃在15年間,飽受資金短缺、政策變向的困擾。

  特朗普這次帶來的16億美元仍然是杯水車薪,需要未來長期的資金投入;而在政策上,特朗普並不一定能連任,還需要避免奧巴馬政府時期取消和削減情況的發生。

  此外,無論是SLS重型運載火箭、獵戶座飛船,還是商業載人飛船,都問題頻發,發射日期一拖再拖,前不久還發生了載人龍飛船原地爆炸的重大事故。

  總之,這個登月計劃既有樂觀的因素,也有悲觀的因素。這些因素的可變性都不差,因此未來登月計劃的實現,還是需要依賴一定時間內充裕的資金支持和政策支持。

  

  未來登月想象圖 | NASA

  儘管現在還不能高興得太早,但衝出地球是人類未來的趨勢。NASA則在宣傳中提到,探索精神是寫在人類基因里的。

  就像現代火箭之父齊奧爾科夫斯基早在100年前就曾經說過的那樣——地球是人類的搖籃,但人類不可能永遠待在搖籃里。

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