美国重返月球细节公开

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美国宇航员阿姆斯特朗迈出的一小步,是人类迈出的一大步。
1969年7月20日,人类第一次踏上月球。

50年后,美国国家层面宣布并要求美国国家航空航天局(NASA)执行重返月球计划,将于2024年将两名航天员(一名女性、一名男性)运送到月球南极,并于2028年建立一个月球永久基地,实现人类在月球定居、学习,甚至再造月球,并将其作为前往火星或进行其他星际探索的中转站。
这就是雄心勃勃的“阿尔特弥斯”(Artemis)计划。
近日,NASA公布了“阿尔特弥斯”计划的几大关键要素,这些要素将使在月球表面建立永久基地并展开研究工作成为可能。
“阿尔特弥斯”计划
希腊神话中,月亮女神阿尔特弥斯是宙斯和勒托之女,是太阳神阿波罗的孪生姐姐,而“阿尔特弥斯”计划也将首次搭载女宇航员登上月球。
这一计划于2019年7月20日——阿姆斯特朗登月50周年当天公布。

按计划,这一宏大的工程共包括3个阶段:
第一阶段(Artemis 1):安装在“航天发射系统”(SLS)重型火箭上的“猎户座”飞船围绕月球进行为期3周的无人飞行后返回地球,于2020年下半年完成;
第二阶段(Artemis 2):2023年完成载人飞行;
第三阶段(Artemis 3):首位女性宇航员、第二位男性宇航员于2024年登上月球。
在此基础上,NASA计划于2028年建立一个月球殖民地。

值得一提的是,美国CNBC电视台主持人曾对这一计划进行解读:
NASA的长期计划是重返月球、占领月球、建立中转站,然后进一步进军火星。
三个关键要素
2020年4月初,NASA 公布了这一计划的更多细节,描述了其基础设施的核心组件,并重点强调了可持续月球探索与发展的概念。

NASA的计划涉及三个关键要素。
一是“月球越野车”(LTV)。
实际上,为更好地研究月球,一个不可或缺的角色便是“月面巡视探测器”,即我们常说的月球车——一种能够在月球表面行驶并完成月球探测、考察、收集和分析样品等复杂任务的专用车辆,分为无人驾驶和有人驾驶两种:
1970年11月,前苏联发射的无人驾驶月球车1号成功降落在月球上,成为世界上首个月球车;
1971年7月,美国阿波罗15号宇航员戴维斯-R-斯科特和詹姆斯-B-欧文进行了首次有人驾驶月球车的月球表面行驶;
2013年12月2日1时30分,我国在西昌卫星发射中心成功将嫦娥三号探测器送入轨道。同年12月15日4时35分,嫦娥三号探测器成功释放无人驾驶月球车玉兔号,使其驶抵月球表面。玉兔号共在月球上工作了972天,作为中国在月球上留下的第一个足迹,意义深远。
科学家对月球车在月面实地考察后带回的宝贵资料进行分析研究,无疑大大深化了人类对月球的认识。
另外,各类月球车都具有前进、后退、转弯、爬坡、取物、采样和翻转(跌倒后能翻身)等基本功能,甚至具有初级人工智能的特征(如识别、爬越或绕过障碍物等)。这些都与现代机器人所具有的功能相似,因此在某种意义上,月球车属于机器人技术。
而“阿尔特弥斯”计划中将使用的月球越野车在本质上其实是有人驾驶月球车。据悉,月球越野车不会有封闭的驾驶舱,所以宇航员需要穿上具有防护功能的舱外活动宇航服驾驶月球越野车,进行月面短途旅行。
二是“可居住移动平台”。
实际上,这是一个更大的月球车,完全受人类控制,可支持完成远离飞船着陆点的更长旅程,最多可支持宇航员外出探索45天。
三是“月球基地表面栖息地”。
这是宇航员的固定居所,可以说是宇航员在月球表面短期停留的家,可同时容纳四名宇航员。
空间站Gateway
值得注意的是,NASA在公布“阿尔特弥斯”计划的相关细节时还提到:
与国际空间站一样,Gateway也将随着时间的推移不断扩大——增加新的模块、更多的居住空间,以及额外的工作和实验空间。
NASA方面表示,以上的改进非常重要,因为它不仅是月球表面任务的起点,也是探索火星和其他星球的中转站。
就“阿尔特弥斯”计划后续的火星计划而言,未来可能将有4名宇航员组成的小组在Gateway上停留几个月,模拟火星之旅,这也是了解人类火星之旅如何运作的关键一步。
上述Gateway实际上是NASA正在设计开发的一种小型宇宙飞船,将绕月球轨道运行,距离地球400,000千米。

【Gateway概念图】
实际上,我们可以把 Gateway理解为一种为2024年宇航员登月而服务的空间站。Gateway设有生活区、科学研究实验室,未来将是宇航员的临时住所和办公室,宇航员可一次生活工作长达三个月。
即便是没有机组人员的时候,机器人和计算机也可在Gateway内外进行实验,自动将数据返回地球。

【Gateway可能涉及的部件阵容】
那么,什么是空间站?
实际上,空间站又称太空站、航天站。是一种在近地轨道长时间运行、可供多名航天员巡访、长期工作和生活的航天器,不具备返回地球的能力(最终在大气层中被烧毁)。
20世纪60、70年代,美国阿波罗11号飞船(即阿姆斯特朗乘坐的飞船)抢先登陆了月球,前苏联在与美国的太空竞赛中落败,因此转向了其他领域的探索,其中就包括空间站。
1971年,世界首个空间站礼炮(Salyut)1号问世,由前苏联发射升空。不幸的是,3名航天员在乘坐礼炮1号上的联盟号飞船返回地球的过程中,由于返回舱上平衡阀异常打开造成的返回舱失压而全部死亡。
1973年,美国紧随其后,发射了天空实验室号(Skylab)空间站,科学家利用该空间站做了许多关于医药、地质和天文等方面的科学实验。
此后,各国在空间站方面不断探索。
如今,世界上在轨运行最大的空间站为国际空间站(ISS),自1998年正式建站以来,经过十多年的建设,于2010年完成建造任务转入全面使用阶段。该空间站主要由NASA、俄罗斯国家航天集团(Roscosmos)、欧洲航天局(ESA)、日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)和加拿大空间局(CSA)共同运营。
而我国的天宫一号(2011年9月29日发射)、天宫二号(2016年9月15日发射)都属于空间实验室,是一种开展空间试验活动的载人航天飞行器,规模上小于空间站,可以说是空间站的雏形。预计2022年前后,我国也将完成中国空间站(又称天宫空间站)的建造并开始运营,规模约100吨,可载3人。

是什么阻止人类重返月球?
1969年,人类第一次登月任务、美国阿波罗计划的第五次载人任务顺利完成。但为何此后的50年来再无一人登上月球?
实际上,登月最大的阻碍之一是“月尘”,即月球表面的细小尘埃。多数专家认为月尘是由于陨石撞击形成,其中大部分是玻璃。
附着于航天器的各种表面上的月尘可能引起很多故障,包括机械结构卡死、密封机构失效、光学系统灵敏度下降、部件磨损及热控系统故障。
因此,宇航员不得不花大量的宝贵时间来清除各种表面上的月尘,然而使用刷子清除月尘不仅十分困难,还很容易擦伤器件表面。
当然,登月自然也需要花费大量的金钱——完成“阿尔忒弥斯”计划或将花费200-300亿美元。
其中,NASA为“猎户座”飞船订购了6至12艘密封舱,总价值27亿美元,2022财年还将增订3艘密封舱执行“阿耳忒弥斯6-8”任务,总价值19亿美元;SLS(太空发射系统火箭)估计发射费用在10亿美元左右;根据NASA公布的总统预算草案,2019年为Gateway拨款为198.92亿美元。
不过即便如此,重返月球计划也在稳步进行。人类的下一个“一大步”何时顺利迈出,我们拭目以待。

古之立大事者,不惟有超世之才,亦必有坚忍不拔之志。

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