誓要比中國早一步登月!42個國家參與,美國返月計劃仍困難重重

寰球科學講說 2024-06-06 16:20:59
摘要

美國從2007年開始確立代號爲阿爾忒彌斯計劃的重返月球計劃。截至24年5月底,加上最新加入的立陶宛和秘魯,參與美國重返月球計劃的國家已經達到了42個。對比上個世紀美國獨立完成阿波羅登月計劃,這一次的計劃聲勢浩大。

不過重返月球不是靠聲勢,更不是拉贊助,也不是助威團的搖旗呐喊,觀戰助威。而是要有完善的技術方案及可靠性驗證。我個人認爲美國當前的方案十分的先進,在節省成本、科技創新方面遙遙領先,但似乎整體的計劃不是太接地氣。

美國登月方案

美國實現登月要依靠獵戶座飛船和太空探索技術公司的星艦。首先Space-X公司會先向近地球軌道發射一艘油庫星艦。這油庫星艦加注的燃料只足夠發射到近地軌道上。隨後幾艘小型星艦攜帶幾百噸的燃料將油庫艦補滿至1200噸。之後在發射一艘登月星艦,油庫星艦與登月星艦彙合,將燃料補充給登月星艦。隨後登月星艦將向月球進發。

這樣的過程似乎有些繁瑣,這樣做的目的是爲了節省燃料。因爲攜帶1200燃料從地表發射到近地軌道需要較大推力,需要消耗極其多的燃料。通過小型星艦分別運輸燃料到近地軌道加注燃料,可以節省燃料消耗。

不過目前看星艦及載人的獵戶號飛船的研發進度嚴重拖後。

星艦6月6日第四次試飛

星艦是目前爲止人類最爲龐大的火箭,它高度達120米,由底部70米高、配備33台“猛禽”發動機的“超重型推進器”和頂部50米高、可重複利用的飛船船艙組成,地球軌道運載能力超過100噸,起飛質量爲5000噸,起飛推力7400噸。可實現貨物和宇航員的地球軌道、月球、火星的往返。

Space-X星艦已經從2023年開始已經進行了三次的試飛。23年4月份第一次試飛,星艦點火升空後不久就發生爆炸。導致基地的發射台嚴重損壞,發射台下方出現一個深度超過7.5米的大坑。

23年11月星艦進行第二次試飛,點火升空後,第一、二級火箭成功分離,但不久後助推器和飛船先後發生爆炸。

24年3月,星艦進行第三次試飛,星艦完成了幾乎完整的太空飛行測試,首次到達了軌道速度,但在返回地球時解體。

不過從當前已有的三次試飛結果看,星艦在表現上一次比一次好。預計在6月6日星艦將進行第四次試飛,屆時會有什麽耀眼的表現呢?

雖然星艦的表現一次比一次好,但是距離美國25年9月實現載人繞月及2026年9月載人登月的目標似乎有些遙遠。

星艦目前在近地軌道的飛行測試都沒有一次成功,後續還要進行繞月飛行、太空中加注燃料等一系列的試驗要驗證。更爲關鍵的是火箭燃料需要儲存在超低溫環境下,需要有足夠的隔熱措施。太空中的太陽照射增加了在軌儲存和加注燃料風險,這些問題還需要具體去解決。

星艦問題解決了美國就能夠再次登月嗎?現實是想簡單了,各個環節貌似都不順。

獵戶座飛船

獵戶座飛船是美國新一代的載人可部分重複利用的載人飛船。獵戶座的基本參數與配置參考了阿波羅號登月飛船。獵戶座飛船內部空間比阿波羅飛船大2.5倍,最多可容納6名宇航員。

獵戶座飛船使用了增強型的隔熱技術,隔熱罩是由186塊的隔熱材料組成。

2022年12月11日,獵戶座飛船執行了美國阿爾忒彌斯1號的重返月球計劃,目的是測試無人繞月飛行。並降落在下加利福尼亞半島以西太平洋水域。

從月球返回地球時飛船抵達地球的速度會接近于第二宇宙速度(11.2km/s)。第二宇宙速度是人造天體無動力脫離地球引力束縛所需的最小速度。這個速度要大于環繞地球軌道的第一宇宙速度(7.9km/s)。

所以在進入大氣層後飛船要進行一次彈跳式的再進入大氣層的方式,俗稱爲打水漂。這個目的是通過在地球大氣層上彈跳以實現減速。即便如此,獵戶座進入大氣層的最高速度達到了4萬公裏/小時,艙外溫度高達2760攝氏度。這就考驗飛船的隔熱技術了。

但是這次試驗的結果是飛船隔熱層外部100多處的材料脫落,部分隔熱瓦腐蝕嚴重。而不是按照設計融化帶走熱量,證明再燒蝕過程中材料消耗不均勻。存在威脅航天員生命安全的風險,需要對飛船隔熱進行優化和改進。

這裏需要說明一點的就是我國嫦娥六號返回地球時,也同樣面臨上述問題,不過從嫦娥五號的經驗看,我國已經擁有了從月球返回地球,可以經受住大氣層高溫燒蝕的技術。

美國要比中國早登月

面對著諸多的技術問題,美國重返月球按照既定節點實施的可能性微乎其微。即便如此,NASA局長仍將目標瞄准中國,渲染太空競爭論,渲染中國登陸月球後會霸占月球等等奇葩言論。

但在五月底的外媒報道中顯示,NASA局長已經做出了評估,如果星艦的研發進度不及預期,那麽有關阿爾忒彌斯3號的登月月球的計劃將改成其他任務形式,這是否代表NASA內部對于重返月球計劃已經有了新的安排?

從這樣的言論看,NASA 的嘴很硬但是身體很誠實。

寫在最後

隨著我國嫦娥六號月背采樣實施,嫦娥七號、嫦娥八也會在2026年,2028年發射。2030年前我國將實施載人登月,每個任務,每個目標都是進階式的,而不似美國那樣的好高骛遠。實際上在中國眼中,所謂的競爭只不過是超越自己。

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