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去月球的街頭走一走﹖路還很遠

2019-01-11 09:12來源﹕科技日報

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  1月3日10時26分﹐嫦娥四號探測器成功著陸在月球背面預選著陸區﹐並通過“鵲橋”月球中繼星傳回世界上第一張近距離拍攝的月背影像圖。

  在中國探月計劃不斷傳來好消息的同時﹐各國的探月計劃也在持續推進﹐人類何時再登上月球又成為熱議話題。

  從1969年到1972年﹐美國共完成6次載人登月﹐將12名航天員送上月球。但從此至今47年間﹐全世界再也沒有開展過載人登月活動。

  載人登月到底難在哪﹐人類在月球建立基地還需做哪些準備﹖科技日報記者就此採訪了相關專家。

  載人登月要用更大型火箭和飛船

  “載人探月和無人探月最大的不同﹐也是它要解決的最大問題﹐即火箭和飛船的運載能力。”中國航天科工集團二院研究員楊宇光告訴記者。

  楊宇光具體介紹道﹐此次嫦娥四號任務中的長三乙火箭地球同步軌道運載能力是5.5噸﹐奔月軌道運載能力為3.8噸。“由於要攜帶大量物資和推進劑﹐載人探月的火箭運載能力要大很多很多。”他說﹐美國“阿波羅”計劃中使用的土星5號運載火箭是截至目前人類歷史上使用過的自重最大的運載火箭﹐高達110.6米﹐起飛重量3038.5噸﹐總推力達3408噸﹐月球軌道運載能力45噸﹐近地軌道運載能力118噸。

  除了火箭﹐載人登月任務還對飛船有很高要求。登月飛船由指令艙﹑服務艙和登月艙組成。在執行登月任務時﹐登月艙與指令服務艙分離﹐登陸月面﹐指令服務艙則留在月球軌道上。任務結束後﹐航天員駕駛登月艙離開月面﹐與指令服務艙對接﹐之後﹐航天員進入指令服務艙。接著﹐登月艙和指令服務艙再次分離﹐登月艙會被留在月球軌道上﹐指令服務艙則會點火加速﹐進入地月轉移軌道﹐最後濺落海面﹐完成返回。

  “該任務要求飛船有極強的變軌能力﹐因為登月艙要進行近月制動﹐其變軌速度大約在八九百米每秒﹐且要留相當的變軌能力從環月軌道返回月地轉移軌道。登月艙著陸月面和返回環月軌道的速度增量都接近兩千米每秒﹐要實現這個速度﹐飛船一半以上的重量都是推進劑。”楊宇光告訴記者﹐美國的阿波羅計劃中﹐登月飛船中的指揮服務艙重量在30噸以上﹐登月艙則在15噸以上。

  除了技術還需燒錢

  眾所周知﹐1969年﹐美國東部時間7月20日22時56分﹐美國航天員阿姆斯特朗爬下9級舷梯﹐在月球表面踩下深深印記﹐並說出那句人類航天史上的名言﹕“對個人來說這是一小步﹐但對人類來說這是巨大的飛躍。”

  既然幾十年前就有了阿姆斯特朗的腳印﹐為何此後再無更多人類的足跡登上月球﹖“主要是太燒錢了。”楊宇光說﹐“美國之所以中止阿波羅計劃﹐就是因為太貴。”

  全國空間探測技術首席傳播專家龐之浩曾介紹﹐一枚土星五號火箭造價高達5億美元﹐一艘阿波羅登月飛船比等重黃金貴十多倍。阿波羅計劃歷時11年﹐耗資255億美元﹐為實施該計劃﹐NASA每年預算佔到美國政府總預算的4.5%左右﹐平均每個美國家庭要負擔400多美元。這讓美國承受了巨大的經濟壓力。

  除了傷財﹐阿波羅計劃還很勞民。高峰時期﹐參與該工程的有2萬家企業﹑200多所大學和80多個科研機構﹐總人數超過30萬。

  “阿波羅計劃祗是送了三個航天員(其中兩個人登月)去月球﹐成本就如此高昂。”楊宇光說﹐當時有一種說法﹕每發射一艘用於登月的土星五號重型火箭﹐就相當於燒掉一艘航空母艦。

  由於這是一項為了目標不惜代價的工程﹐且技術難度極大﹐因而除了性價比低﹐其可靠性也不高﹐承擔著很大風險。楊宇光認為﹐該工程技術途徑比較冒進﹐一些設備冗余做得很少﹐從安全性角度來看十分冒險。

  正因此﹐脫離了冷戰時期特殊的國際政治環境﹐此後各國在載人登月計劃方面都相當謹慎。為了政治目的不惜代價將人送上月球的時代早已終結﹐如今的探月活動﹐注重的是將科學探索和經濟利益相結合﹐以探測月球資源為主﹐為未來月球資源的開發利用打基礎。

  “要實現從月球往返及建立月球基地﹐首先要解決成本問題。”楊宇光認為﹐核電推進和空間核反應堆兩種技術的結合﹐是未來人類以相對比較低的成本開發太空必然要走的途徑。

  建立月球基地面臨很多坎

  儘管現階段造假高昂﹐但由於月球獨特的地理位置使其成為人類探索深空的跳板﹐以及其豐富的資源﹐經過30多年的沉寂﹐進入21世紀﹐國際社會掀起了新一輪的載人登月浪潮﹐並將在月球建立常駐基地作為目標。

  龐之浩說﹐人類探月的總步驟分為“探﹑登﹑駐”三步。美國已走完前兩步﹐後續登月活動勢必以駐月為目標﹐包括建造能源基地﹑科研基地等﹐讓航天員在月球上長期工作和生活。2017年底﹐特朗普正式簽署“太空政策一號指令”﹐要求NASA重啟登月計劃。

  不過﹐楊宇光說﹐由於月球特殊的環境﹐在那建基地目前來看還非常困難。

  “首先是選址的問題。一種選擇是在月球正面即近赤道區域﹐這個區域的好處是易於到達﹐往返地球相對方便﹐但弊端是這裡有長達14天的月夜。漫長的黑夜裡沒有光照﹐沒有能量來源﹐這對人類是個極大挑戰。”楊宇光表示。

  另一種選擇是將基地選址在月球背面南極附近﹐“這個區域有永久光照﹐但是很難到達。”楊宇光說﹐所以如何選址是個兩難問題。

  如何就地利用月球本身獲取人類賴以生存所必需的資源﹐也是月球基地建設需要解決的重要問題。首先是來自水的挑戰。10年前﹐科學家在月球兩極地區發現了固態冰凍水的痕跡﹐但並不確定有多厚﹐也不確定其是與土壤混合還是以月球表面的冰層形式出現。印度空間研究組織預計將於明年發射的“月船2號”探測器﹐以及俄羅斯預計將在2022年發射的“月球27號”探測器都瞄準了這些問題。

  關於食物的獲取及水的循環利用等﹐多國科學家正在通過建立高閉合度的生物再生生命保障系統來進行探索。其中﹐北京航空航天大學實施的“月宮365”實驗共歷時370天﹐是世界上時間最長﹑閉合度最高的生物再生生命保障系統實驗。該試驗特點是載人飛行器進入外太空後可不再需要或很少需要地面物質支持﹐氧氣﹑水和食物在系統內通過生物技術實現再生﹐航天員可長期在站內工作和生活﹐使得長期載人航天和行星探測成為可能。

  同時﹐在月球上還要克服輻射問題。地球由於有地磁場和大氣層保護﹐輻射很小。“但月球上沒有全球性磁場﹐有強烈的輻射﹐對機器和元器件會產生影響﹐對人的影響更大。”楊宇光說﹐現在主流觀點認為可以用月壤來建立保護屏障。

  此外﹐由於沒有大氣層保護﹐隕石可直接撞擊﹐這對月球基地是極大的隱患﹐所以﹐月球基地在設計上要充分考慮這些因素。

  “無人月球科考站可能會率先建成﹐而要建設有人的月球基地恐怕還需要相當長時間。”楊宇光認為從目前人類的技術儲備來看﹐要建立永久性月球基地﹐還有很多技術難題要解決﹐耗費也會十分驚人﹐需要通過多國合作的模式才能實現。(記者 操秀英)

[責編﹕張佳興]

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