2024年载人重返月球,阿尔忒弥斯计划靠不靠谱?
2019-06-07 20:54

2024年载人重返月球,阿尔忒弥斯计划靠不靠谱?

头图来自:东方IC;本文来自微信公众号:果壳(ID:Guokr42);作者:鸑鷟鹓鶵;编辑:Steed


如果有人从上世纪的冷战时期穿越过来,他可能会问你:今年是哪一年?人类的火星基地建成了吗?


你会告诉他:今年是人类首次登上月球50周年,然而,我们不仅没去火星,连月亮也没有人能再去了。


月球基地想象图 | NASA


1957年10月4日,人类成功发射首颗航天器——人造地球卫星1号。1969年7月20日,阿波罗11号实现了人类首次载人登月。


从航天伊始到成功登月,人类只用了12年。


1970年9月,原定的阿波罗18-20号取消,人类登月的终点就此被敲定。


从成功登月到决定终止,人类只用了1年时间 。


1972年12月14日,随着阿波罗17号离开月球表面,一个时代宣告结束。


从那以后,人类的最远活动范围急剧龟缩,从38万公里外的月球回归到400公里高的空间站,只有之前的大约千分之一。


1972年,阿波罗17号指令长尤金·塞尔南在月球上飙车 | NASA


漫长的等待


人们50年来的裹足不前,最可能的原因非常简单——钱。


阿波罗计划时期,NASA连续4年耗费美国财政预算的3%,最高接近5%。


相比之下,如今NASA只花费美国财政预算的0.5%,高额而持续的开支是当年的美苏都难以持续承担的。


除了耗资巨大,人们放弃后续计划的另一个因素,是苏联在载人登月上的失利


当时苏联航天的资金要比美国紧张,登月项目进展不利,而美国在登月成功之后,也最终失去了太空竞赛的动力。


NASA每年的财政预算占比 | Wikipedia


但地球人真的没有继续探索太空的钱吗?


和最高5%的航天经费相比,2018年,美国财政预算的15%是军费开支,24%是医疗保障,分别是太空预算的30倍和50倍之多。


所以,地球人并不是完全没钱的。制约航天发展的另一个关键因素来自决策层。


阿波罗计划的终结和冷战的结束,都使得航天进入了低谷期。


月球正面的软着陆探测器分布地图,图中Luna为苏联的月球系列,Surveyor为美国的勘探者系列,Apollo是阿波罗系列,另有嫦娥三号 | Wikipedia


不过,如今的航天事业,又开始重现活力,欣欣向荣了。


2018年,人类的火箭发射次数重回100次以上,而上一次实现这一目标是28年前的1990年。


同一年,猎鹰重型火箭首发成功,人类上一次发射重型运载火箭,是30年前的1988年,能源号火箭将暴风雪号航天飞机送入太空。


也是这一年,嫦娥四号实现人类第一次在月球背面软着陆。而此前的2013年,嫦娥三号在月球正面的那次着陆,打破了月球37年没有软着陆的寂静。再上一次,是1976年的月球24号。


是时候让宇航员重返月球了。


猎户座飞船逃逸系统测试 | NASA


重返月球路,一波三折


早在2004年,伴随着“星座”计划概念的提出,美国小布什政府和当时的NASA就萌生了新一代重型火箭和载人飞船的想法,并计划于2020年前重返月球


然而好景不长,2010年,次贷危机下的奥巴马政府将“星座”计划束之高阁。


不过,就在第二年,迫于多方面的压力,新的载人航天计划又被提上日程,缩水版猎户座载人飞船和SLS重型火箭成为了NASA新一代载人航天的核心。


SLS重型运载火箭 | NASA,作者汉化


不过,两个项目进展并不顺利,首飞日期一再推迟,快要形成一年延后一次,一次延后一年的惯例了。


搭载猎户座飞船的SLS火箭爆炸视图 | NASA作者汉化


终于,轮到现任美国总统特朗普看不下去了:你们到底去不去月球?


他见证登月的时候,还是个23岁的小伙子,如今已是古稀总统了。


于是乎,特朗普带上胡萝卜和大棒,告诉NASA:今年额外给你们16亿美元的拨款,我要你们2024年重返月球!


如果特朗普连任,这正是他作为美国总统的最后一年。


16亿美元是什么概念呢?


NASA今年的财政预算是210亿美元,其中重型火箭和载人飞船的预算为48亿美元;


SLS重型运载火箭在8年中花费的资金大约为140亿美元;猎户座飞船则在12年内花费了160亿美元。


NASA局长宣布载人登月新计划,背景是猎户座飞船,右侧有SLS模型 | NASA


为了降低SLS和猎户座继续跳票的风险,特朗普特别指出,你行就你上,你要是不行,谁的火箭和飞船行就谁上。


除了重型火箭和载人飞船,NASA已经在寻求商业航天的合作,向月球运送物资。


而这16亿美元的分配中,也只有6.5亿美元给了SLS重型运载火箭和猎户座载人飞船,剩余10亿则是让NASA开展商业航天领域的载人登月项目。


以女神的名义


新载人登月工程的名称,是希腊神话中的月亮女神、太阳神阿波罗的孪生姐姐——阿尔忒弥斯。


在这个以月亮女神命名的工程里,将首次搭载女宇航员前往月球。


而在此之前,无论是登月的12名宇航员,还是近距离围观过月球的24名宇航员,无一例外都是男性。


这一次登月,按男女搭配干活不累男女平等的原则,将派遣一名女宇航员和一名男宇航员共赴月球。


古希腊陶器中的形象,阿波罗(左一)阿尔忒弥斯(左二) | Wikipedia


根据NASA的最新计划:


登月工程的阿尔忒弥斯1号任务——SLS重型运载火箭将搭载猎户座载人飞船进行首飞,时间定在了2020年;


阿尔忒弥斯1号任务规划 | NASA作者汉化


到2022年,猎户座飞船将进行第二次飞行,也是第一次载人飞行;


2023年,美国的月球车时隔51年后重返月球,为载人登月搜集更多有关着陆区域的信息;


2024年,也是特朗普要求的这一年,NASA将进行载人登月


在此之后的几年中,NASA每年都将派遣宇航员前往月球,他们不仅会完成登月任务,还会继续组建Gateway月球中继站。


预计到2026年中继站建设完成,之后,宇航员将于2028年着手建立月球地面站。


根据之前和最新的计划,以月球基地作为跳板,NASA的载人登陆火星都选在了2035年前后。


NASA目前的登月计划时间表 | NASA 作者汉化


月球空间站


这一次的登月计划,并不是照搬50年前的技术,在科学目标和探索方式上有着千差万别。


比如,这一次登月的目的地非常明确——月球南极,这里是目前月球探测的热门地区。


而在历史上,月球南极是长期被忽视的区域,没有探测器在附近软着陆。嫦娥四号是目前距离月球南极最近的软着陆探测器,然而它到月球南极,仍然有着相当于哈尔滨与北极点之间的纬度差。


月球南北极近些年热门的一个重要原因,是人类发现这里可能蕴含了数百万吨的水冰,这对月球探索和未来的月球基地都至关重要。


月球南极永久阴影带中可能蕴含水冰 | NASA


而和阿波罗工程最主要的区别在于,这次人类要在月球留下来,而不只是在月球留下痕迹、带走样品。


由于阿波罗计划比空间站要早,当时的人们并没有让宇航员长期驻留太空的能力。


于是,在设计阿波罗工程时,载人飞船甚至没有太阳能帆板,只携带足量的电池组,最终需要在有限的时间内完成尽可能多的任务,最长的任务周期只有13天。


而现如今,空间站技术相对完善,人类已经掌握了长期在太空中生存的技术。空间站的位置可以再向外挪一挪,不用都挤在近地轨道上了。


基于这一因素,阿尔忒弥斯工程有了和之前探月计划不同的一款航天器,The Gateway。原义表示互联网中的网关,或现实生活中的入口,我们可以理解成月球前哨站、月球中继站的意思。


Gateway的构造概念图,右下角是国际空间站和Gateway的大小比较 | NASA,作者汉化


阿波罗计划也曾经有环绕月球的指令舱和登月舱,但只是无奈之举。如果阿波罗飞船全部登月,就需要打造比土星5号更大的土星C8火箭。


作为最终的折中方案,阿波罗飞船在月球轨道分离和对接,只让登月舱登月。


而阿尔忒弥斯的月球中继站则将长期环绕月球,并自动化运作。按照计划,宇航员一年至少会进驻一次,每次最长可在中继站中生活3个月。


与阿波罗计划差别更大的是,载人和登月的飞船将是可重复使用的。


因此,Gateway中继站起到了类似机场的作用,宇航员可以在一次任务中进行多次登月,中继站为宇航员提供休整、补充补给和更换科学仪器的空间。


Gateway 计划由多国宇航机构合作建造 | NASA


不过,和国际空间站相比,月球中继站要小得多,前者的居住容积大约相当于六居室,而后者只是基本的一居室。


较小的月球中继站预计需要5~6枚火箭运载,而建造国际空间站一共发射了34次火箭。


Gateway中继站和国际空间站一样,也将是多国合作研发,目前计划有美国宇航局NASA、欧空局ESA、俄罗斯宇航局ROSCOSMOS、日本宇航机构JAXA和加拿大宇航局CSA参与其中。


根据目前的计划,月球中继站的第一部分将于2022年发射,预计将在2026年初步完成搭积木式的拼装。


Gateway中继站与猎户座飞船的想象图 | NASA


机遇和挑战


这次特朗普疑似空降的登月计划,到底是否可以实现,会不会像他的部分语录一样“不靠谱”呢?


总的来说,这个计划能否实现,仍然受制于前文中有关登月的诸多限制因素。


从乐观的角度来看,这个看似空穴来风的登月计划,实则继承了15年来(2004~2019)、三任美国总统的载人航天计划,在这些断断续续换了几个名称的计划中,已经投入了大量的资金和人力,并积累了丰富的经验。


尽管SLS重型运载火箭和猎户座飞船一直在跳票,但我们可以看到,这些项目一直在持续推进。


此外,商业化的SpaceX重型猎鹰、超重型猎鹰火箭和载人龙飞船,蓝色起源的新格伦重型火箭,波音的CST-100飞船项目也都在推进中。


前往月球的货运补给也可以通过商业航天来降低经费需求。在这次的登月计划中,也明确提到了让商业航天参与载人登月的方方面面。


而从悲观的角度来看,登月计划在15年间,饱受资金短缺、政策变向的困扰。


特朗普这次带来的16亿美元仍然是杯水车薪,需要未来长期的资金投入;而在政策上,特朗普并不一定能连任,还需要避免奥巴马政府时期取消和削减情况的发生。


此外,无论是SLS重型运载火箭、猎户座飞船,还是商业载人飞船,都问题频发,发射日期一拖再拖,前不久还发生了载人龙飞船原地爆炸的重大事故。


总之,这个登月计划既有乐观的因素,也有悲观的因素。这些因素的可变性都不差,因此未来登月计划的实现,还是需要依赖一定时间内充裕的资金支持和政策支持。


未来登月想象图 | NASA


尽管现在还不能高兴得太早,但冲出地球是人类未来的趋势。NASA则在宣传中提到,探索精神是写在人类基因里的。


就像现代火箭之父齐奥尔科夫斯基早在100年前就曾经说过的那样——地球是人类的摇篮,但人类不可能永远待在摇篮里。


本文来自微信公众号:果壳(ID:Guokr42);作者:鸑鷟鹓鶵;编辑:Steed

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