NASA有借口了,2026年登月將遇“極端”太陽,“重返月球”有點難

來看世界 2024-06-15 03:50:28

美國NASA的目光早就鎖定了月球,並且對中國的探月計劃頗有微詞,仿佛中國的探月工程幹擾了他們的登月活動一樣。美國的重返月球計劃,計劃在 2026 年之前將宇航員送回月球表面,並在 2030 年代之前在月球上建立長期居住地。

但目前重返月球計劃的各個時間節點已經無限期的延遲了,原本美國計劃在2026年前就登月,然而現在無論是載人飛船還是火箭發射系統都還沒有搞定。眼看著時間節點越來越近甚至逾期,NASA承受了很大的壓力,要不然也不會冒險讓飛船起飛。目前的狀況是2026年登月的目標,即便是對于美國來說也可能是相當不現實的。

瞌睡有人送枕頭,2026年登月,不是不想登月,實在是風險更大

正所謂瞌睡就有人送枕頭,最近,NASA報道了另一個不利于2026年登陸月球的事件:太陽活動的極大期。太陽有著一個大約11年的活動周期,在活動周期內,太陽輻射的能量有強有弱。因爲太陽能量來源于核心的核聚變,核聚變釋放的能量導致太陽膨脹,因膨脹內部粒子的碰撞減少,太陽釋放的能量降低,于是太陽又收縮,進入下一輪的活動。

在太陽活動的高峰時段——稱之爲太陽活動極大期,這時候太陽會噴射出更多的粒子、射線,它們都對人體具有危害作用。可以穿透宇航服和人體皮膚,進入組織的深層,從而破壞細胞甚至DNA鏈。這就導致宇宙射線對人體具有致畸和致癌的作用。若射線強度太強,甚至會直接發生急性照射事故,導致人員的皮膚、黏膜被灼傷。帶電離子還會危害電子設備,甚至造成電子設備失效,這將影響飛船的控制。

2023年,NASA資助CLEAR,這是一個爲了監控太陽活動,並預測未來太陽可能爆發的強烈太陽風的機構。他們利用人工智能工具,在每24小時內都預測太陽的活動時間,並借此規劃宇航員的工作,當太陽活動處于激烈狀況時,他們需要告訴宇航員什麽時候進行艙外作業是安全的。而根據NASA的觀測結果預測,2024 年到2026年期間,太陽將進入活動極大期,這時太陽活動更加極端,射線更強烈。

在極大期內,如果在艙外活動,宇航員遭遇的太陽輻射強度可能比地球上的人受到的輻射劑量高出1000 倍,這將超過宇航員建議的終生極限的10 倍。這將不是很有利于宇航員的艙外活動,而這樣的預測,現在並不能做的十分精確。以往的做法是在月球的“下午”,也就是太陽照射不是那麽強烈的時段進行月表的活動。

正如阿波羅登月時期中美國的做法一樣。那時候對太陽雖然也有一定的監測,但是對太陽活動規律的監測肯定沒有現在發達且精確。夜裏影響活動,所以登月就在月球日的白天去。月球的一天跟地球的一天類似,不過月球的一天相當于地球的14天,也是類似的有上午中午下午等時段,陽光照射的強度並不一樣。

NASA期望通過更加精確的方式預測太陽粒子流的噴射,以便保證航天員更好地在月球表面的活動。但這其實並不是最關鍵的,正像上文說的,可以選擇太陽非直射或者月球日的傍晚等時段,在陽光照射不是那麽強烈的時候進行月表活動,以避免太陽風暴對宇航員的身體造成難以逆轉的傷害。雖然原本空間的射線就更強,但是能多一層保障更好。

太陽風暴雖然厲害,可是對于NASA而言,更緊迫的任務並不在這裏

現在對于NASA而言,更重要的問題是趕緊進行載人飛船的更多測試,同時趕緊把SLS火箭尤其是用于深空探測的Block2的版本搞出來。這裏可以參考我們中國的載人航天發展脈絡,雖然美國技術層面相比中國有更大的優勢,可是登月活動並不能一蹴而就,這是一個系統性的龐大工程,又非常多的環節需要考慮。

中國載人航天在2003年才進行第一次載人飛行,可是在那之前,我們花了幾十年的時間來籌備載人航天任務。最重要的是進行火箭和飛船的制造以及各種生命保障系統,火箭的飛船逃逸塔需要測試,飛船的回收需要測試,火箭和飛船自身的可靠性需要測試,需要先進行一系列無人的試飛活動,中間可以利用動物進行模擬載人測試,最後才能進行載人飛行。

而登月活動的步驟更多,需要進行月面起飛、越軌飛行器對接等,這些都需要技術驗證。這也正是我們嫦娥探月工程的一個目的,不斷地試驗、叠代相應的技術,做到穩妥、安全,最終才能進行載人登月活動。載人登月活動,如果不能將航天員成功的送上去並完好無損的帶下來,那將沒有什麽意義。作爲經曆過嚴重載人航天事故的美國,需要更加謹慎。

美國在幾十年前阿波羅登月時期做到過(不管是否真的載人登月),但是如今隨著美國關鍵産業的外流,NASA的火箭也會、飛船也罷,都有廣泛的外部供應鏈的問題,火箭及飛船的制造不順利。美國今年由私人公司主導的登月活動也以失敗告終,此前還想借助我們的鵲橋一號進行月球信號中繼,以便NASA的探測器著陸月球,但最終因爲美國的沃爾夫條款而沒能合作。

如今美國打造用于登月或者深空探測的重型火箭也存在不少的障礙。首先是發動機研發不順利,爲了更快的研發發動機和節省成本,美國把曾經用于航天飛機的發動機改造了一番,形成了RS-25火箭發動機,利用不同的構型,美國想要打造數款重型火箭組成SLS火箭發射系統。Block1版本和Block1B版本的SLS火箭的近地軌道運載能力達到與獵鷹九號相當,用于深空探測的Block2版本將超越土星五號。

目前SLSBlock 1版本已經完成了大部分的關鍵測試,包括核心級的熱火試驗,已經在2022年11月16日成功執行了其首飛無人試飛任務,即Artemis I。然而,目前還沒有進行SLS火箭與飛船組合測試,未來將進行Artemis II任務,這將是SLS的首次載人飛行,計劃在2024年進行。但今年,波音扯了NASA的後腿,Artemis II任務不知道將延期到啥時候。

Block 1B版本在Block 1的基礎上進行了一些改進,主要包括更強大的探索上級階段(Exploration Upper Stage, EUS),EUS將大大提高火箭的運載能力,使其能夠攜帶更多的貨物或更複雜的任務設備。但目前該火箭還在研發中,首次飛行測試預計將在Artemis III任務之後進行,也是不知道延期到啥時候了。

Block 2版本是SLS火箭的最終改進型,計劃在運載能力和任務靈活性方面進一步提升,將引入更強大的助推器和可能的其他改進,以支持深空任務,包括載人火星任務;目前Block 2仍處于設計和初步開發階段,預計將在2030年代用于更複雜的載人任務,如載人火星探測,但具體時間表尚未確定。

SLSBlock 1版本用于載人登月,其運載能力稍有不足,能夠將約95噸的有效載荷送入低地球軌道,並能將約27噸的有效載荷送入繞月軌道。在阿波羅登月時期,阿波羅飛船的總重量達到了45噸,雖然可以利用現有技術將飛船的重量進一步降低,但是27噸依然稍顯不足。所以NASA可能采取另一種辦法,即通過多次發射、在軌組裝的方式進行載人登月活動。

這就需要做到上文所說的,需要進行月面起飛、越軌飛行器對接等技術驗證活動,在地球軌道上可以進行一定程度的模擬,但依然做不到萬無一失,月球距離地球地面更加遙遠,地面信號有1秒多的延時,美國雖然也有月球軌道的探測器,也可以充當部分中繼衛星的功能,但是也還是需要飛船有一定自主對接的能力,可以主動進行姿態調整。這些關鍵技術都要驗證。

2026登月的難度相當大,時間點依然可能後推

6月5號,NASA終于進行了星際飛船的第一次載人飛行測試,然而飛船在軌道上卻經曆了5次 漏氣事故。雖然波音和NASA的技術人員稱,氦氣足夠70小時的在軌活動,而飛船脫離空間站到返回地球的過程中,只需要7小時的自由飛行,氦氣依然十分充足。可是氦氣的漏氣量具體有多少他們尚不清楚,而且這可能帶來推進系統的更大問題,所以才延長在軌時間。

自從NASA決定用外部供應商的方式發展航天的時候,NASA就一直表現的不是很順利,先是花數十億打造空間望遠鏡,最後發射上去累計已經花了上百億美元;而NASA委托波音制造的載人飛船前不久剛成功發射並對接空間站,而飛船卻遭遇了5次氦氣漏氣的事故,爲此延長了宇航員空間站駐留時間,以便太空和地面協同處理飛船漏氣的問題。

Starliner的這次載人飛行,是NASA重要的試飛計劃,用于測試飛船的可靠性,爲未來的重返月球做准備,不過這次他們用的是另一家公司的火箭發射的,並沒有用上NASA研發的SLS火箭發射系統,也沒有用獵戶座飛船。而且,獵戶座飛船目前僅進行過無人測試,也尚未進行載人試飛,獵戶座飛船的首次載人任務可能發生在2024年,可現在2024已經過去一半了。

飛船是飛船,火箭是火箭,即便是飛船測試完全成功,也不能保證火箭的整體可靠性足夠,SLS需要經曆無人到有人的多種測試才能載人飛行。這麽看的話,2026年登月這個目標,時間上還是相當緊迫的。

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