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详解美国登月:从阿波罗登月到阿尔忒弥斯,未来要建月球空间站

·NASA登月火箭太空发射系统(SLS)是美国重返月球甚至载人登陆火星的重中之重。 SLS是目前全球推力最大的运载火箭,几大构型分阶段研发,一旦完成开发,SLS能让宇航员开始探索太阳系深处的目的地。

·NASA计划在月球轨道开发绕月空间站“月球门户”,利用SLS火箭或商业火箭发射组件,在太空组装。未来宇航员将乘坐猎户座飞船,搭乘SLS火箭前往月球轨道。猎户座飞船会与“月球门户”对接,宇航员转移到人类着陆系统,前往月球表面探索。

美东时间11月16日, 在美国佛罗里达州肯尼迪航天中心39B发射台,美国国家航空航天局(NASA)史上最强运载火箭太空发射系统(SLS)首飞升空,执行无人绕月飞行测试任务“阿尔忒弥斯1号”,猎户座飞船开启绕月之旅。

详解美国登月:从阿波罗登月到阿尔忒弥斯,未来要建月球空间站

NASA史上最强运载火箭太空发射系统(SLS)11月16日首飞升空。全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩对澎湃新闻(www.thepaper.cn)表示,本次发射的最大亮点之一便是SLS首飞,SLS是美国重返月球甚至载人登陆火星的重中之重。 SLS是目前全球推力最大的运载火箭,采用了部分航天飞机技术,借鉴了美国战神运载火箭的研制思路,因此SLS的推力比土星五号火箭更大。几大构型分阶段研发,缓解了技术和资金压力。“阿尔忒弥斯1号”最重要的任务之一就是试验SLS火箭,能否成功影响着后续“阿尔忒弥斯2号”(Artemis II)和“阿尔忒弥斯3号”(Artemis III)等计划的开展。NASA计划在月球轨道开发绕月空间站“月球门户”,利用SLS火箭或商业火箭发射组件,在太空组装。

未来宇航员将乘坐猎户座飞船,搭乘SLS火箭前往月球轨道。猎户座飞船会与“月球门户”对接,宇航员转移到人类着陆系统,前往月球表面探索。“载人登火星也可能从月球空间站出发,这样更经济,因为太空引力很小了,从那出发就不需要大推力火箭。”庞之浩表示。

从阿波罗登月计划到“阿尔忒弥斯”计划重返月球

在NASA的官网上,他们列举的5条重返月球的理由是:对包括探索火星在内的一系列未来探索计划所需的技术、能力和商业路径进行验证;通过对月球的研究来了解地球、月球和太阳系的起源和历史;扩大美国的全球经济影响力,同时在月球上建立美国的领导力并显示美国的存在;拓宽贸易和国际合作伙伴;激励下一代投身科学、技术、工程和数学(STEM)。

上世纪六七十年代,美苏掀起了人类第一次探月热潮。这一时期,苏联为登月研发的N1重型运载火箭四次发射失败。“而美国的土星五号火箭发射成功,结果在美苏载人登月的竞争中,美国取得了领先位置。后来苏联就转移了方向,搞空间站去了。”

土星五号是NASA建造的重型运载火箭,在上世纪六七十年代被用于阿波罗计划,也用于发射天空实验室计划。首枚土星五号于1967年发射阿波罗4号。1969年7月,由土星五号发射的阿波罗11号任务首次将宇航员送上月球,完成了美国前总统约翰·肯尼迪1961年设定的目标,人类实现登月梦。

详解美国登月:从阿波罗登月到阿尔忒弥斯,未来要建月球空间站

土星五号运载火箭。1972年,阿波罗17号任务返回地球,阿波罗登月计划全部结束。土星五号火箭也因为阿波罗计划的突然中止而被无限期束之高阁。不过,阿波罗登月计划12年来成功进行了6次载人登月,12名宇航员登上了月球。进入21世纪,人类第二次探月热潮兴起。近20年来,NASA一直试图制造一枚巨大的新型火箭。2004年,NASA宣布了“战神5号”火箭计划,作为其2020年重返月球的“星座计划”的一部分。

但在一段时间内,NASA一直在月球和火星两个目的地之间摇摆,无法确定究竟是先载人登陆火星还是重返月球,NASA也无法承受同时开展两个项目所需要的巨额开支。

后来“星座计划”被取消,美国突出强调前往火星的重要性。直到特朗普当选美国总统后,把重返月球置于更加重要的位置。2019年,他要求国会对NASA增加16亿美元资金,以实现在2024年以前重新登月的目标。

“阿尔忒弥斯”将“星座计划”取而代之。NASA希望通过“阿尔忒弥斯”计划重返月球,将首位女性和首位有色人种送上月球表面,为长期驻留月球、送人前往火星铺路。不过,“星座计划”中的一些子项目被保留下来,比如猎户座飞船在过渡中幸存了下来,五段式固体火箭助推器原本是“战神1号”火箭的一部分,结果在SLS中找到了新生命。

据space.com报道,美国国会曾在十多年前提出NASA建造用于深空探索的新火箭SLS,要求NASA使用航天飞机的固体火箭助推器等传统硬件。

2014年,NASA宣布其史上最强运载火箭SLS已通过严格的关键性评审,正式从设计进入建设阶段。当时首飞目标设在2017年,不过后来首飞时间一再推迟。

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NASA登月火箭SLS。今年,NASA原计划当地时间4月1日-3日开展湿装彩排测试,也就是“阿尔忒弥斯1号”不载人月球任务发射前的最后一次重要测试。但测试过程充满曲折,不仅遭到四次雷击,还遭遇液氢泄漏。4月中旬,NASA宣布要将肯尼迪航天中心39B发射台上的SLS火箭撤离,运回到火箭装配大楼进行各种维修,更换有故障的上面级止回阀,修复液氢泄漏问题。到了6月初,SLS和猎户座飞船再次从火箭装配大楼出发,前往39B发射台测试。

而定于11月16日重启发射前,“阿尔忒弥斯1号”任务也历经多次推迟。由于8月底出现的温度传感器故障,以及9月初火箭和移动发射装置之间的接口处液氢泄漏问题,NASA放弃了两次发射尝试。受飓风“伊恩”的影响,9月26日,工程师把登月火箭从发射台上撤回到火箭装配大楼。

美重返月球的重中之重:SLS是目前全球推力最大火箭

“美国研制重型运载火箭,不光是要重返月球,另外还要载人登火星。美国阿波罗登月1972年结束,之后美国也多次反复要重返月球或者载人登陆火星,但一直没有做成。现在经过多年研制,现在终于到了首次升空的时刻了,所以举世瞩目。”庞之浩表示。

详解美国登月:从阿波罗登月到阿尔忒弥斯,未来要建月球空间站

NASA登月火箭SLS。SLS是NASA为深空探索研发的有史以来最强大的超级重型运载火箭,也是自土星5号火箭以来NASA为人类太空旅行建造的首枚探索级火箭。NASA表示,这是唯一一枚可以在一次任务中将猎户座飞船、宇航员和货物直接送往月球的火箭。“SLS是美国重返月球甚至载人登陆火星的重中之重。”庞之浩介绍,SLS是目前全球推力最大的运载火箭,“不仅近地轨道运载能力强,地月转移轨道运载能力也是最强的,比SpaceX猎鹰重型火箭还要强。”

他表示,SLS采用了部分航天飞机技术,借鉴了美国战神运载火箭的研制思路,因此SLS的推力比土星五号火箭更大。几大构型分阶段研发,缓解了技术和资金压力。

为了满足未来对深空任务的需求,SLS会演变成越来越强大的构型。每种构型的SLS火箭,其芯级都会配置4台RS-25发动机。

首枚SLS火箭型号Block 1可将27吨以上的载荷送到月球以外的轨道。火箭高约98米,起飞质量575万磅(约合2608吨),在发射和上升过程中可产生880万磅(约合3992吨)的最大推力,比土星五号火箭大15%。“阿尔忒弥斯1号”任务就是采用该构型的火箭执行发射任务。

SLS的Block 1B载人火箭运载能力38吨,单次发射可携带猎户座载人飞船以及用于支持在月球上持续存在所需的大型货物。SLS火箭另一个构型Block 2型号将成为NASA向月球、火星和其他深空目的地运送货物的主要运载工具,运载能力超过46吨。

NASA表示,一旦完成开发,SLS能让宇航员开始探索太阳系深处的目的地,包括人类的月球和火星探测任务,以及机器人的科学任务,前往月球、火星、土星和木星等。

庞之浩认为,NASA登月火箭SLS首飞,对美国重返月球乃至载人登陆火星均有重要意义。猎户座飞船在地球轨道已经过试验,“阿尔忒弥斯1号”最重要的任务之一就是试验SLS火箭,能否成功影响着后续“阿尔忒弥斯2号”和“阿尔忒弥斯3号”等计划的开展。

建设月球空间站,成宇航员往返月球中转站

“阿尔忒弥斯”计划中,“阿尔忒弥斯1号”任务是一次不载人飞行测试,发射猎户座飞船绕月飞行并于12月返回地球。“阿尔忒弥斯2号”任务是“阿尔忒弥斯”计划首次载人飞行,2024年送宇航员绕月飞行。“阿尔忒弥斯3号”任务将于2025年再次载人前往月球,依靠人类着陆系统登陆月球,这一次将创造女性在月表行走的历史,也是自1972年NASA阿波罗17号任务以来人类再次踏上月球。

“阿尔忒弥斯的登月方式和阿波罗计划不一样。”庞之浩表示,NASA计划在月球轨道开发绕月空间站“月球门户”,这个月球空间站相当于一个跳板,“先把宇航员送到空间站上工作,根据需要可以落到月球表面,完成任务以后再回到空间站。”采用新的登月方式效率更高,成本更低,“到月球表面也方便,在空间站工作完了以后随时可以下去,在月球表面工作完了以后再上来。”

今年6月,NASA“地月自主定位系统技术操作和导航实验”(CAPSTONE)卫星搭乘“电子”火箭升空。这颗立方体卫星相当于一个微波炉大小,重约25公斤,价值3270万美元,已于11月抵达月球轨道,测试轨道稳定性。同一轨道上,NASA要建成“月球门户”,成为宇航员往返月球的中转站。

NASA将利用SLS火箭或商业火箭发射“月球门户”组件,在太空组装。“月球门户”也是支持未来火星探索的关键平台,将具备在深空持续探索和研究的多种能力,包括为各种到访的飞船提供对接端口,为宇航员提供生活和工作的空间,开展太阳物理学、人类健康和生命科学等领域的科研。

庞之浩介绍,美国计划2024年开始与别国合作建造月球空间站,预计2028年建成。未来宇航员将乘坐猎户座飞船,搭乘SLS火箭前往月球轨道。猎户座飞船会与“月球门户”对接,宇航员转移到人类着陆系统,前往月球表面探索。“载人登火星也可能从月球空间站出发,这样更经济,因为太空引力很小了,从那出发就不需要大推力火箭。”

NASA将选择月球南极附近区域作为“阿尔忒弥斯3号”任务宇航员登陆月球的潜在地区,并选择SpaceX星舰作为人类着陆系统,在任务期间将宇航员从月球轨道运送到月球表面。“阿尔忒弥斯计划不像阿波罗登月,完全为了政治目的,不计成本进行研制。”庞之浩表示,与阿波罗登月计划不同的是, 商业力量已加入重返月球计划中,“阿尔忒弥斯”计划发射商业月球探测器,让商业公司在其中发挥作用。

(本文来自澎湃新闻,更多原创资讯请下载“澎湃新闻”APP)



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原文地址《 详解美国登月:从阿波罗登月到阿尔忒弥斯,未来要建月球空间站》发布于2022-11-17
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