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縱觀新一輪“載人登月”潮

 HDTV 2023-07-21 發(fā)布于廣東

軍武次位面

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近日,中國(guó)載人航天工程辦公室表示我國(guó)載人月球探測(cè)工程登月階段任務(wù)已啟動(dòng)實(shí)施,計(jì)劃在2030年前實(shí)現(xiàn)中國(guó)人首次登陸月球。

放眼國(guó)際,新一輪載人登月任務(wù)正在緊鑼密鼓地籌備中,其任務(wù)目標(biāo)、人員選拔、運(yùn)載工具與配套裝備等都有哪些新亮點(diǎn)?是否會(huì)有更多新概念技術(shù)和設(shè)計(jì)方案?受人矚目的載人登月又面臨著怎樣的前景呢?

1.登月路徑的創(chuàng)新

01

美國(guó)

縱觀各國(guó)載人登月方案,美國(guó)主導(dǎo)的“阿爾忒彌斯計(jì)劃”宣傳最多、雄心最大。該計(jì)劃總體上分為3步:第一步是名為“阿爾忒彌斯-1”的無(wú)人繞月飛行測(cè)試任務(wù),已于去年底順利完成;當(dāng)前,美國(guó)宇航局正在籌備第二步——擬于2024年底發(fā)射的“阿爾忒彌斯-2”載人繞月任務(wù),4名航天員自今年4月選定后,目前正在加緊訓(xùn)練準(zhǔn)備;第三步之始則是原定于2025年底發(fā)射的“阿爾忒彌斯-3”任務(wù),擬實(shí)現(xiàn)自1972年以來(lái)的人類“重返月球”。

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(規(guī)劃)繞月空間站效果圖

之后,“阿爾忒彌斯計(jì)劃”將嘗試頻繁實(shí)施載人登月,為月面長(zhǎng)期開(kāi)展科研和生產(chǎn)生活做準(zhǔn)備。為此,美國(guó)宇航局規(guī)劃了關(guān)鍵任務(wù)節(jié)點(diǎn)——繞月空間站。作為地月中轉(zhuǎn)站,繞月空間站將借助可重復(fù)使用飛船,建立長(zhǎng)期往返的“太空航班”,幫助航天員在月面或月球軌道上長(zhǎng)期駐留。對(duì)比“阿波羅計(jì)劃”,這個(gè)載人登月工程的架構(gòu)更大,步驟更多,這應(yīng)該也是“阿爾忒彌斯計(jì)劃”預(yù)計(jì)耗費(fèi)巨大的重要原因。

02

俄羅斯

2018年,俄羅斯公布了載人登月計(jì)劃,包括在國(guó)際空間站和月球軌道上測(cè)試一系列新技術(shù),嘗試組建繞月空間實(shí)驗(yàn)室,探索著陸月球新方式,爭(zhēng)取在2035年左右建成月球基地等。按最初規(guī)劃,俄方將在月面或月球軌道上建立模塊化實(shí)驗(yàn)研究設(shè)施,支持不同時(shí)長(zhǎng)的載人科研任務(wù),并實(shí)施地月之間往返轉(zhuǎn)移。不過(guò),隨著形勢(shì)變化,俄羅斯載人登月前景面臨著較大的不確定性。

此外,歐空局、日本、印度都提出了載人登月計(jì)劃,與重型火箭“直達(dá)”月球軌道這種傳統(tǒng)模式大不相同。雖然這些未必能如期執(zhí)行,但都體現(xiàn)了新時(shí)代載人登月路徑的不同選擇。

03

中國(guó)

據(jù)公開(kāi)報(bào)道稱,我國(guó)已全面部署開(kāi)展各項(xiàng)載人登月任務(wù)研制建設(shè)工作,包括研制新一代載人運(yùn)載火箭、新一代載人飛船、月面著陸器、登月服等飛行產(chǎn)品,還要補(bǔ)充建設(shè)發(fā)射場(chǎng)以及測(cè)控通信著陸場(chǎng)等相關(guān)地面設(shè)備設(shè)施等。其中,新一代載人火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試車、載人月面著陸器發(fā)動(dòng)機(jī)與艙壁攻關(guān)、定點(diǎn)落月技術(shù)、月面極端環(huán)境生存研究、月球重力條件模擬實(shí)驗(yàn)等關(guān)鍵領(lǐng)域的進(jìn)展不斷披露,表明中國(guó)航天人有條件、有信心如期完成任務(wù)。

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我國(guó)新一代載人火箭、月面著陸器、新一代載人飛船模型

2.人員選拔更嚴(yán)格

登月航天員需要具備怎樣的素質(zhì)?與近地軌道空間站上的航天員有何不同?這是載人登月任務(wù)必須解決的核心問(wèn)題。

新時(shí)代載人登月計(jì)劃強(qiáng)調(diào)綜合效益,要求人類在月球上生存、活動(dòng)較長(zhǎng)時(shí)間,而月球沒(méi)有大氣保護(hù),宇宙射線、微流星體等威脅不容忽視。考慮到月球地下洞穴有助于抵御這些威脅,特別是在登月任務(wù)早期難以迅速建造復(fù)雜而完善的建筑,因此未來(lái)登月航天員有必要具備在月球坑洞內(nèi)生存的能力。

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未來(lái)月球基地想象圖

比如,月球馬利厄斯丘陵下方存在直徑數(shù)十公里的巨大熔巖管孔洞,內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不排除存在水冰資源。依托類似月球坑洞條件,配合3D打印、月壤資源原位利用等技術(shù),或許有望為航天員提供絕佳場(chǎng)所,應(yīng)對(duì)月面極端溫度等各種威脅。更進(jìn)一步,防護(hù)措施完善、內(nèi)部環(huán)境適宜的月球基地建筑將為航天員提供更好的工作生活基礎(chǔ)。

相比內(nèi)部環(huán)境精準(zhǔn)可控的近地軌道空間站,航天員在月球上面臨的環(huán)境更具挑戰(zhàn)性,風(fēng)險(xiǎn)更大,因此必須具備更出色的心理素質(zhì)和體能。由于地月距離更遠(yuǎn),繞月空間站支援能力有限,登月航天員很難及時(shí)獲得增援,更強(qiáng)調(diào)自主工作和決策能力,對(duì)月球知識(shí)需要掌握更多,以便應(yīng)對(duì)緊急情況。

以美國(guó)選拔登月航天員為例,要求具備1000小時(shí)以上的噴氣式飛機(jī)駕駛經(jīng)驗(yàn),擁有科學(xué)、技術(shù)、工程學(xué)、數(shù)學(xué)相關(guān)教育背景的碩士及以上學(xué)位。雖然美國(guó)宇航局對(duì)于登月航天員的選拔和訓(xùn)練內(nèi)容公開(kāi)不多,但外界普遍認(rèn)為,“阿爾忒彌斯計(jì)劃”航天員將包括更多地質(zhì)學(xué)、建筑學(xué)、礦物學(xué)、電磁通信等領(lǐng)域?qū)<?,以便完成更?fù)雜的科研任務(wù)和遠(yuǎn)景開(kāi)發(fā)工程。

此外,國(guó)外眾多商業(yè)航天企業(yè)近年來(lái)積極研發(fā)月面著陸器、月球遙導(dǎo)航星座、月面能源供給與通信設(shè)備、探月機(jī)器人等配套設(shè)備設(shè)施,而在新型火箭、深空載人飛船、登月航天服等領(lǐng)域的投入則暗藏著商業(yè)航天從業(yè)者的雄心壯志。未來(lái),商業(yè)航天參與載人登月業(yè)務(wù),推動(dòng)月球資源開(kāi)發(fā)、繞月登月旅游等項(xiàng)目,應(yīng)該不會(huì)令人意外。

3.夢(mèng)想美好迎挑戰(zhàn)

隨著多領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步,載人登月任務(wù)有了更多的方案選擇,具備更成熟的技術(shù)基礎(chǔ),吸引著各方積極投入。不過(guò),載人登月作為龐大復(fù)雜的航天系統(tǒng)工程,又面臨新要求、新使命,不可能是一帆風(fēng)順的。

首先,各方對(duì)于月球和地月空間資源的爭(zhēng)奪將愈演愈烈。

“阿爾忒彌斯計(jì)劃”是美國(guó)時(shí)隔半個(gè)世紀(jì)后重啟載人登月任務(wù),標(biāo)志著美國(guó)重新積極投入太空競(jìng)爭(zhēng)。美國(guó)宇航局不僅反復(fù)強(qiáng)調(diào)在21世紀(jì)率先實(shí)現(xiàn)載人登月的意義,希望推動(dòng)航天技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展,還表現(xiàn)出對(duì)月球南極水冰資源的占有欲。近年研究表明,月球南極可能存在利用率很高的水冰資源,如果能夠用于制備高效火箭燃料,有望降低太空任務(wù)成本,因此各方新一輪探月計(jì)劃和載人登月任務(wù)普遍瞄準(zhǔn)月球南極區(qū)域。

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月球南極可能存在豐富的水冰資源

至于有望助力可控核聚變的月壤氦3資源,還有決定諸多探測(cè)器、繞月空間站、登月艙使命前景的軌道、電磁頻譜、著陸點(diǎn)選址等,同樣是各方競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。目前,多方公布的月面候選著陸點(diǎn)已出現(xiàn)部分重合,未來(lái)各方探月活動(dòng)如何協(xié)調(diào),值得關(guān)注。

其次,由于航天任務(wù)越來(lái)越龐大、復(fù)雜,對(duì)資源的需求越來(lái)越多,包括載人登月在內(nèi)的航天工程的可持續(xù)性面臨挑戰(zhàn)。于是,各國(guó)航天普遍提升了對(duì)社會(huì)資源的利用和重視程度,助推航天技術(shù)在過(guò)去的10年間取得了豐碩的創(chuàng)新成果,也使得商業(yè)航天逐漸成為“探月大軍”中不可忽視的力量。當(dāng)前,商業(yè)航天提出了很多建設(shè)“地月航班”、月球基地等遠(yuǎn)景規(guī)劃,但能否找到穩(wěn)定的盈利點(diǎn)和增長(zhǎng)模式,仍然前景不明。

最后一點(diǎn)也是最核心的挑戰(zhàn):投入問(wèn)題。隨著形勢(shì)變化,很多國(guó)家官方對(duì)航天的投入面臨不確定性,探月任務(wù)不斷推遲或受挫,載人登月的夢(mèng)想“照進(jìn)現(xiàn)實(shí)”并非易事。

很多人記憶猶新,美國(guó)曾計(jì)劃在2024年前將航天員再次送上月球,并宣布這只是初期目標(biāo),未來(lái)要把月球變成載人火星探索的測(cè)試場(chǎng)和中轉(zhuǎn)站。然而,去年美國(guó)宇航局預(yù)計(jì),“阿爾忒彌斯計(jì)劃”到2025年將花費(fèi)930億美元;最近,美國(guó)宇航局承認(rèn),如果在未來(lái)5年內(nèi)獲得410億美元,“比較可靠的目標(biāo)”是2028年實(shí)現(xiàn)載人登月。

此外,俄暫緩重型火箭研發(fā),調(diào)整月球設(shè)施規(guī)劃;歐空局、日本航天任務(wù)逐漸加深依賴美國(guó),投入也難以保證。這些都為載人登月的前景蒙上了陰影。

盡管如此,月球畢竟是人類親身探索太陽(yáng)系的第一站,而載人登月事業(yè)熬過(guò)半個(gè)世紀(jì)低潮后,有望迎來(lái)又一個(gè)“黃金時(shí)代”。送航天員前往月球,建立綜合任務(wù)基地,開(kāi)發(fā)利用月球資源,將是新時(shí)代航天的重要目標(biāo)。祝愿各國(guó)載人登月任務(wù)早日成功,為人類揭開(kāi)月球的更多奧秘。

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