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2024年載人重返月球計劃靠不靠譜?

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2024年載人重返月球計劃靠不靠譜?



如果有人從上世紀的冷戰時期穿越過來,他可能會問你:今年是哪一年?人類的火星基地建成了嗎?


你會告訴他:今年是人類首次登上月球50周年,然而,我們不僅沒去火星,連月亮也沒有人能再去了。

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月球基地想象圖


1957104日,人類成功發射首顆航天器——人造地球衛星1号。1969720日,阿波羅11号實現了人類首次載人登月。

從航天伊始到成功登月,人類隻用了12年。

19709月,原定的阿波羅18-20号取消,人類登月的終點就此被敲定。

從成功登月到決定終止,人類隻用了1年時間。

19721214日,随着阿波羅17号離開月球表面,一個時代宣告結束。

從那以後,人類的最遠活動範圍急劇龜縮,從38萬公裡外的月球回歸到400公裡高的空間站,隻有之前的大約千分之一。

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1972年,阿波羅17号指令長尤金·塞爾南在月球上飙車


漫長的等待

人們50年來的裹足不前,最可能的原因非常簡單——錢。

阿波羅計劃時期,NASA連續4年耗費美國财政預算的3%,最高接近5%

相比之下,如今NASA隻花費美國财政預算的0.5%,高額而持續的開支是當年的美蘇都難以持續承擔的。

除了耗資巨大,人們放棄後續計劃的另一個因素,是蘇聯在載人登月上的失利。當時蘇聯航天的資金要比美國緊張,登月項目進展不利,而美國在登月成功之後,也最終失去了太空競賽的動力。

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NASA每年的财政預算占比


但地球人真的沒有繼續探索太空的錢嗎?和最高5%的航天經費相比,2018年,美國财政預算的15%是軍費開支,24%是醫療保障,分别是太空預算的30倍和50倍之多。

所以,地球人并不是完全沒錢的。制約航天發展的另一個關鍵因素來自決策層。

阿波羅計劃的終結和冷戰的結束,都使得航天進入了低谷期。

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月球正面的軟着陸探測器分布地圖,圖中Luna為蘇聯的月球系列,Surveyor為美國的勘探者系列,Apollo是阿波羅系列,另有嫦娥三号| Wikipedia

不過,如今的航天事業,又開始重現活力,欣欣向榮了。

2018年,人類的火箭發射次數重回100次以上,而上一次實現這一目标是28年前1990年。

同一年,獵鷹重型火箭首發成功,人類上一次發射重型運載火箭,是30年前1988年,能源号火箭将暴風雪号航天飛機送入太空。

也是這一年,嫦娥四号實現人類第一次在月球背面軟着陸。而此前的2013年,嫦娥三号在月球正面的那次着陸,打破了月球37沒有軟着陸的寂靜。再上一次,是1976年的月球24号。

是時候讓宇航員重返月球了。

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獵戶座飛船逃逸系統測試


重返月球路,一波三折

早在2004年,伴随着星座計劃概念的提出,美國小布什政府和當時的NASA就萌生了新一代重型火箭和載人飛船的想法,并計劃于2020年前重返月球

然而好景不長,2010年,次貸危機下的奧巴馬政府将星座計劃束之高閣。

不過,就在第二年,迫于多方面的壓力,新的載人航天計劃又被提上日程,縮水版獵戶座載人飛船和SLS重型火箭成為了NASA新一代載人航天的核心。

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SLS重型運載火箭

不過,兩個項目進展并不順利,首飛日期一再推遲,快要形成一年延後一次,一次延後一年的慣例了。

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搭載獵戶座飛船的SLS火箭爆炸視圖

終于,輪到現任美國總統特朗普看不下去了:你們到底去不去月球?

他見證登月的時候,還是個23歲的小夥子,如今已是古稀總統了。

于是乎,特朗普帶上胡蘿蔔和大棒,告訴NASA:今年額外給你們16億美元的撥款,我要你們2024年重返月球

如果特朗普連任,這正是他作為美國總統的最後一年。

16億美元是什麼概念呢?

NASA今年的财政預算是210億美元,其中重型火箭和載人飛船的預算為48億美元;SLS重型運載火箭在8年中花費的資金大約為140億美元;獵戶座飛船則在12年内花費了160億美元。

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NASA局長宣布載人登月新計劃,背景是獵戶座飛船,右側有SLS模型


為了降低SLS和獵戶座繼續跳票的風險,特朗普特别指出,你行就你上,你要是不行,誰的火箭和飛船行就誰上。

除了重型火箭和載人飛船,NASA已經在尋求商業航天的合作,向月球運送物資。

而這16億美元的分配中,也隻有6.5億美元給了SLS重型運載火箭和獵戶座載人飛船,剩餘10億則是讓NASA開展商業航天領域的載人登月項目。

以女神的名義

新載人登月工程的名稱,是希臘神話中的月亮女神、太陽神阿波羅的孿生姐姐——阿爾忒彌斯。

在這個以月亮女神命名的工程裡,将首次搭載女宇航員前往月球

而在此之前,無論是登月的12名宇航員,還是近距離圍觀過月球的24名宇航員,無一例外都是男性。

這一次登月,按男女搭配幹活不累男女平等的原則,将派遣一名女宇航員和一名男宇航員共赴月球。

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古希臘陶器中的形象,阿波羅(左一)阿爾忒彌斯(左二) | Wikipedia

根據NASA的最新計劃:

登月工程的阿爾忒彌斯1任務——SLS重型運載火箭将搭載獵戶座載人飛船進行首飛,時間定在了2018 20192020

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阿爾忒彌斯1号任務規劃



2022年,獵戶座飛船将進行第二次飛行,也是第一次載人飛行;

2023年,美國的月球車時隔51年後重返月球,為載人登月搜集更多有關着陸區域的信息;

2024年,也是特朗普要求的這一年,NASA将進行載人登月

在此之後的幾年中,NASA每年都将派遣宇航員前往月球,他們不僅會完成登月任務,還會繼續組建Gateway月球中繼站。

預計到2026年中繼站建設完成,之後,宇航員将于2028年着手建立月球地面站。

根據之前和最新的計劃,以月球基地作為跳闆,NASA的載人登陸火星都選在了2035年前後。

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NASA目前的登月計劃時間表

月球空間站

這一次的登月計劃,并不是照搬50年前的技術,在科學目标和探索方式上有着千差萬别。

比如,這一次登月的目的地非常明确——月球南極,這裡是目前月球探測的熱門地區。

而在曆史上,月球南極是長期被忽視的區域,沒有探測器在附近軟着陸。嫦娥四号是目前距離月球南極最近的軟着陸探測器,然而它到月球南極,仍然有着相當于哈爾濱與北極點之間的緯度差。

月球南北極近些年熱門的一個重要原因,是人類發現這裡可能蘊含了數百萬噸的水冰,這對月球探索和未來的月球基地都至關重要。

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月球南極永久陰影帶中可能蘊含水冰


而和阿波羅工程最主要的區别在于,這次人類要在月球留下來,而不隻是在月球留下痕迹、帶走樣品。

由于阿波羅計劃比空間站要早,當時的人們并沒有讓宇航員長期駐留太空的能力。

于是,在設計阿波羅工程時,載人飛船甚至沒有太陽能帆闆,隻攜帶足量的電池組,最終需要在有限的時間内完成盡可能多的任務,最長的任務周期隻有13天。

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阿波羅登月艙2号,收藏于美國國家航空航天博物館| Wikipedia

而現如今,空間站技術相對完善,人類已經掌握了長期在太空中生存的技術。空間站的位置可以再向外挪一挪,不用都擠在近地軌道上了。

基于這一因素,阿爾忒彌斯工程有了和之前探月計劃不同的一款航天器,The Gateway。原義表示互聯網中的網關,或現實生活中的入口,我們可以理解成月球前哨站、月球中繼站的意思。

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Gateway的構造概念圖,右下角是國際空間站和Gateway的大小比較



阿波羅計劃也曾經有環繞月球的指令艙和登月艙,但隻是無奈之舉。如果阿波羅飛船全部登月,就需要打造比土星5号更大的土星C8火箭。作為最終的折中方案,阿波羅飛船在月球軌道分離和對接,隻讓登月艙登月。

而阿爾忒彌斯的月球中繼站則将長期環繞月球,并自動化運作。按照計劃,宇航員一年至少會進駐一次,每次最長可在中繼站中生活3個月。

與阿波羅計劃差别更大的是,載人和登月的飛船将是可重複使用的。因此,Gateway中繼站起到了類似機場的作用,宇航員可以在一次任務中進行多次登月,中繼站為宇航員提供休整、補充補給和更換科學儀器的空間。

2024年載人重返月球計劃靠不靠譜?

Gateway 計劃由多國宇航機構合作建造



不過,和國際空間站相比,月球中繼站要小得多,前者的居住容積大約相當于六居室,而後者隻是基本的一居室。

較小的月球中繼站預計需要5~6枚火箭運載,而建造國際空間站一共發射了34次火箭。

Gateway中繼站和國際空間站一樣,也将是多國合作研發,目前計劃有美國宇航局NASA、歐空局ESA、俄羅斯宇航局ROSCOSMOS、日本宇航機構JAXA和加拿大宇航局CSA參與其中。

根據目前的計劃,月球中繼站的第一部分将于2022年發射,預計将在2026年初步完成搭積木式的拼裝。

2024年載人重返月球計劃靠不靠譜?

Gateway中繼站與獵戶座飛船的想象圖


機遇和挑戰

這次特朗普疑似空降的登月計劃,到底是否可以實現,會不會像他的部分語錄一樣不靠譜呢?

總的來說,這個計劃能否實現,仍然受制于前文中有關登月的諸多限制因素。

從樂觀的角度來看,這個看似空穴來風的登月計劃,實則繼承了15年來(2004~2019)、三任美國總統的載人航天計劃,在這些斷斷續續換了幾個名稱的計劃中,已經投入了大量的資金和人力,并積累了豐富的經驗。

盡管SLS重型運載火箭和獵戶座飛船一直在跳票,但我們可以看到,這些項目一直在持續推進。

此外,商業化的SpaceX重型獵鷹、超重型獵鷹火箭和載人龍飛船,藍色起源的新格倫重型火箭,波音的CST-100飛船項目也都在推進中。

前往月球的貨運補給也可以通過商業航天來降低經費需求。在這次的登月計劃中,也明确提到了讓商業航天參與載人登月的方方面面

而從悲觀的角度來看,登月計劃在15年間,飽受資金短缺、政策變向的困擾。

特朗普這次帶來的16億美元仍然是杯水車薪,需要未來長期的資金投入;而在政策上,特朗普并不一定能連任,還需要避免奧巴馬政府時期取消和削減情況的發生。

此外,無論是SLS重型運載火箭、獵戶座飛船,還是商業載人飛船,都問題頻發,發射日期一拖再拖,前不久還發生了載人龍飛船原地爆炸的重大事故。

總之,這個登月計劃既有樂觀的因素,也有悲觀的因素。這些因素的可變性都不差,因此未來登月計劃的實現,還是需要依賴一定時間内充裕的資金支持和政策支持。

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未來登月想象圖


盡管現在還不能高興得太早,但沖出地球是人類未來的趨勢。NASA則在宣傳中提到,探索精神是寫在人類基因裡的。

就像現代火箭之父齊奧爾科夫斯基早在100年前就曾經說過的那樣——地球是人類的搖籃,但人類不可能永遠待在搖籃裡。



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