积极因素与消极因素并存的“阿尔忒弥斯”计划,但探索却不会停止

如果有人从上世纪的冷战时期穿越过来和你对话,当他看到今天的世界时,他可能会问你:“今年是哪一年?人类的火星基地建成了吗?”

你就告诉他:“今年是人类首次登上月球50周年!可到现在我们不仅还没去过火星,连月亮也没有人能组织第三次进发了。”

月球基地想象图

1957年10月4日,人类成功发射了首颗人造地球卫星。1969年7月20日,“阿波罗11”号实现了人类首次载人登月。从首颗太空卫星到成功载人登月,人类只用了12年!

1970年9月,原定的阿波罗18-20号被取消,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收缩,从38万公里外的月球回归到只有400公里高的国际空间站,只有之前的大约千分之一。

1972年,阿波罗17号指令长尤金·塞尔南在月面驾驶月球车

漫长的等待

50年来至今仍裹足不前,最可能的原因无非就是钱!“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,如今的NASA只花费美国财政预算的0.5%!

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的财政预算指标图

但人类真的没有继续探索太空的资金了吗?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,人类并不是完全没钱的。制约航天发展的另一个关键因素是来自决策层,“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。

这是一张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,还有一位“嫦娥三号”。

令人可喜的是,如今的航天事业又开始重现活力,逐渐欣欣向荣了。2018年,人类的火箭发射次数重回100次以上,而上一次的发射量还是在1990年。

同年,“猎鹰”重型火箭首发成功,人类上一次发射重型运载火箭,是在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。而在此前的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,就可追溯到1976年的“月球24号”。现在是时候让宇航员重返月球了!

“猎户座”飞船逃逸系统测试

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,当时美国的小布什政府和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,到了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。

不过,这两个项目进展的却并不顺利,其首飞日期一再推迟,总是会有某些各种各样的原因,坎坷不断。

搭载“猎户座”飞船的SLS火箭分离视图

于是,现任美国总统特朗普实在看不下去了: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,如今已是个70多岁的老人了。

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!

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

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也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,剩余的近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

此次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,美国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,将按照男女平等的原则,届时会派遣一名女宇航员和一名男宇航员共赴月球之旅。

古希腊陶器中的形象,阿波罗(左一)阿尔忒弥斯(左二)

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。

到2022年,“猎户座“飞船将进行第二次飞行,也会是第一次载人飞行;2023年,美国的月球车时隔51年后再次重返月球,为载人登月搜集更多有关着陆区域的信息;到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,还会继续组建月球中继站。预计到2026年中继站将建设完成,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

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和以前相比也有着千差万别。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,然而它要想到月球南极,则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!

而与“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”计划比空间站要更早,当时的人们并没有能够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。

“阿波罗”登月舱2号,收藏于美国国家航空航天博物馆

到了现如今,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

“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”飞船在月球轨道的分离和对接,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中继站就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时间。

不过,和国际空间站相比,月球中继站则要小得多,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次火箭运载,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

机遇和挑战

这次特朗普的登月计划,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飞船项目也都在稳步推进中。

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,这次登月计划仍将饱受资金短缺、政策变向的困扰。特朗普这次带来的16亿美元依旧是杯水车薪,需要未来长期的资金投入才行;而在政策上,特朗普能否连任还是一个未知数,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还不少,因此未来登月计划要想实现,还是需要依赖一定时间内充裕的资金支持和政策支持。

尽管现在还不是高兴的时候,但冲出地球是人类未来的趋势。这一点任谁也无法改变!就连NASA也在宣传中提到,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在100年前就曾经说过的那句:地球是人类的摇篮,但人类不可能永远待在摇篮里!



















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