美國為何50年內不再登月,詳解阿爾忒彌斯計劃

2020-11-09 橘子老師講教育

今天我們來聊重返登月。我們知道美國在六十年代開始就進行了長達十年的阿波羅登月計劃,但是在阿波羅17號任務以後,美國就突然中止了這項任務。此後長達50年,美國都沒有進行任何的登月任務。

那麼美國為什麼要終止登月計劃?這其中有什麼隱情呢?而最近美國為什麼要宣布2024年重返登月計劃?今天我們就來聊一聊。美國的重返登陸計劃怎麼辦?

首先談到登月這個話題。一定會有熱衷於陰謀論的人質疑美國登月的真實性,但反駁這個其中有一個最直接的證據就是當時美國在登月艙旁邊放置了一個月球雷射反射器,坐標是北緯(0°40'26.69」)東經(23°28'22.69),任何人只要有相關的設備,就可以用雷射發射器對準這個位置,然後接收到這個發射器的反射光束。

將這個設備放置在月球上。最初的目的是為了精確測算月球到地球的距離,也就是通過這個裝置。科學家發現,月球正在緩慢地遠離地球。

同時,2009年發射的月球探測器已經拍到了阿波羅計劃中,登月艙以及月球車的車輪印記。如果有必要的話,阿姆斯特朗留在月球上的第一個腳印都可以拍到,因為月球上幾乎沒有空氣流動腳印不被破壞的話就會永久存在。

承認人類在冷戰時期的科技爆炸沒有那麼難。我們現在之所以能夠使用到很多高科技產品,都得益於那個年代的科技競爭。那麼為什麼美國進行了長達幾年的登月計劃,到阿波羅17號就戛然而止了?

雖然對於美國不再登月有各種傳言,比如太空人在月球看到不明飛行物,有一種神秘力量阻止美國登月的。但最現實的原因是美國登月的行為很大程度是為了和當時的蘇聯競爭。登月行為已經遠遠把蘇聯甩到後面,同時也收穫了很多科研成果。

在那個年代,對於美國這種頭號強國來說,登月的花費也是難以承受的,因為任何大國的行為最後都要回到經濟效益上來。

而且美國當時也沒有能力建立一個月球永久基地,與其花費巨資來重複登月,不如把資金投入到其他星球的探索上,比如火星等。而且之後美國確實是這麼做的。

在2019年美國宣布重返登月,而這一次新的登月計劃叫做阿爾忒彌斯計劃。美國於1969年7月20日第一次將人類送上月球,從此開啟了人類登陸地外星球的新紀元。

在2019年7月20日是人類登月五十周年的這一天,美國NASA公布了重返月球計劃。阿爾忒彌斯是古希臘神話中的狩獵女神,阿爾忒彌斯。所以美國第二次登月計劃叫做阿爾忒彌絲計劃就再也合適不過了。

那麼美國在這一次的登月計劃中用到了哪些尖端的技術呢?

首先要將登月飛船發射到近地軌道,就需要推力巨大的火箭。美國第一次登月時使用的是土星五號超重型火箭,這是一種專門為阿波羅登月研發的火箭,可以將118噸的物體發射到地球的近地軌道,是當時世界上運載能力最強的火箭。

但由於造價巨大,在阿波羅登月計劃結束不久就退役了。而NASA這次為重返登月打造的是一個叫做太空發射系統,還是IOS的超重型火箭?他可以說是土星五號的繼任者,擁有和土星五號類似的運載能力,但是卻更小更輕。

NASA的首次發射任務將開始於2021年,2024到2025年將開始發射載人飛船登陸月球。火箭的問題解決後,第二步就是載人飛船。

我們來看看第一次登月時的場景,土星五號將最後一節裝有登月飛船的火箭發射到地球軌道後,這一級火箭繞行地球。在到達近地點時,火箭點火使用霍曼轉移軌道慢慢接近月球。在這個過程中,火箭釋放出連在一起的指令艙和服務艙,然後旋轉180度和底部的登月艙連接,再繼續前往月球的旅程。

到達月球軌道後,太空人從指令艙和服務艙中轉移到登月艙,由登月艙帶著太空人登陸月球。而指令艙和服務艙在月球軌道上等待完成登月任務後,登月艙在月球上點火和留在月球軌道上的飛船對接,然後拋棄掉登月艙。

再使用霍曼轉移回到地球,而阿爾忒彌斯計劃中的登月飛船叫做獵戶座飛船,內部空間比阿波羅飛船大2.5倍,最多可容納六名太空人。而阿波羅飛船最多只能容納三名太空人登月。

但和阿波羅飛船不同的是,獵戶座飛船裝有一個太陽能電池板,這樣就能大大減小腹艙的面積。同時,飛船由高科技合成材料製成,重量降低,使用成本也更低,而且還可以回收再利用。在安全方面,新的獵戶座飛船據說安全性比阿波羅提高了十倍。在2019年進行的逃逸塔試驗中,獵戶座完美的從火箭頂端發射逃逸,這等於是給飛船加上了一個彈射座椅。

我們知道阿波羅飛船中包括一個指令艙,這是作為一個登月的中轉飛船,在月球軌道待命,但是由於是一次性的,所以成本很高,可攜帶的物資也非常有限。所以這次的阿爾忒彌絲計劃,而是建造了一個巨大的長期的空間站。

作為登月的中轉站,這就是門戶空間站。門戶空間站和位於地球軌道的國際空間站不同,它是一個位於月球軌道的空間站,但相同的是,門戶空間站也是由美國NASA牽頭,然後多國參與製造。

主要合作夥伴為歐航局ESA佳航局CSA份和日航局JAXA,這個空間站可以看作是小號的國際空間站,可以作為登陸月球了中轉站,太空實驗室以及太空人的短期居住空間,最多可容納四人,同時居住三十天,預計將於2024年發射。

這個項目由波音和洛克希德馬丁公司主導,將利用商業火箭公司。比如SpaceX公司發射五到六次組件組裝,主要包括居住艙,實驗艙,對接艙,貨運飛船和動力艙五個部分。屆時由ICS火箭發射的獵戶座飛船就會飛到月球軌道和門戶空間站對接。太空人可以在這裡休息調整、補充物資,以便登陸月球。

這個空間站很特別的一個地方就是各個模塊都是可以拆解的,一個靈活的機械臂可以自由在各個模塊上遊走,然後再由獵戶座飛船和各個模塊對接進行不同的任務。有了這些以後登陸月球,還缺少一個重要的部分,那就是登陸艙。

第一次的阿波羅計劃是將登陸艙、指令艙和服務艙一起由土星五號火箭發射到地球軌道,然後再前往月球。而這一次NASA需要一次讓四到六名太空人登月。同時要帶去更多的物資和設備,比如一輛大型的月球車,那麼就必須要一個巨大的登陸器。

因為巨大的登陸器用SLS火箭發射是不現實的,所以就要分開發射。而NASA決定出資讓三家商業火箭公司來研發和發射月球登陸器,NASA則給他們提供資金和技術支持。最後看三家的表現選定一家的登陸器登陸月球。

這三家公司分別是馬斯克的SpaceX、亞馬遜的布魯沃瑞景藍色起源和一家美國國防部的承包商。這三家公司分別拿出了自己的方案,而NASA給他們提供了十億美元的研發資金。

這其中最引人注目的就是風頭最勁的SpaceX,他們將發射一個新建到月球軌道和門戶空間站對接,然後裝上太空人前往月球。整個過程會使用SpaceX特有的垂直降落技術。在幾乎沒有大氣層和微重力的月球,這種降落方式將變得比地球更加安全和可靠。

到達月球後,這艘新艦將使用電梯將太空人送到月球表面。同時,SpaceX還設計了一個貨運星艦,這個登陸器將專門用來運送大型月球車,這樣分批將太空人設備和物資運往月球,可以探索更大的範圍和距離。

登月還有一個重要的環節,就是太空衣的設計,它是保障太空人在太空及月面免受宇宙射線及致命月塵的設備。

美國NASA為阿波羅登月設計的太空衣,至今看起來還是非常超前的,以至於縫縫補補用了幾十年。因為開發一套新的太空衣,花費是非常高的。阿波羅太空衣的價格在150萬到兩百萬美元而出倉行走的太空衣價格在一千萬到一千五百萬美元。

之所以這麼貴,是因為太空衣本身就帶有一套完整的生存保障性,可以看作是一個人形的太空船。而NASA為了這次的新的登月計劃,花費了二點五億美元開發了新的太空衣。

新的太空衣看起來像一件衣服,但其中包含了一套複雜的系統,包括生命支持系統,二氧化碳處理系統,通訊遙感系統以及溫度循環系統。新的太空衣看起來比阿波羅太空衣笨重,但其實靈活性和安全性都更好,可以讓太空人在太空和月面更好的行走以及抓起物品。

而且這一次的登月計劃還要讓第一名女性太空人登陸月球。而且新的太空衣穿戴方式和老款不同,是要通過一個梯子爬進太空衣。就像進入一家小型的太空船,NASA還設計了一套微重力模擬系統,將太空衣接上。這個裝置可以模擬出在月面上行走的重力,和在月面上的感受是一樣的,可以更好的訓練。太空人同時還可以調節不同星球的重力,比如火星和木星。

還有一個不同的是,太空人在太空,如果有如廁的問題,通常是使用尿布和糞便袋,但是這種東西的使用體驗一定不好。

於是新款的太空衣設計了一個內置的廁所,等於是一個小型的廢物處理系統。在危機時刻,太空人可以穿著太空衣生存十天的時間。同時,拉薩也在官方網站上發布了一個名為月球廁所挑戰賽的項目,鼓勵大家設計一個在月球著陸器上使用的廁所重量保持在十公斤以下,同時保證太空人在低重力的情況下有良好的如廁體驗。最後勝出的設計者將獲得三萬五千美元的獎勵。

上世紀七十年代,阿波羅載人登月一共有六次,全部都是在月球面對地球的一面。著陸點,分布在明亮多山的高地和較矮的平原上,這些都是月球上最光滑,最平坦的區域。

比如第一次登月的林鯨之海,而這次重返月球的計劃選擇的登陸地點是在月球的南極,因為之前的探測器已經發現月球表面存在水分子,這樣就說明月球上是可能存在大量水冰的,那麼地點就可能在月球的南北極。

美國NASA估算月球兩極可能有超過四點五億噸的水冰,這就意味著可以從這些水冰中分離氫氣和氧氣,用於太空人生命維持製造可呼吸的空氣、可以用的水源以及作為月表火箭的推進劑,這樣就可以在月球上建立永久的基地,而不需要花費巨資從地球運送昂貴的水源和空氣。所以美國這一次重返月球,具備非凡的戰略意義以及巨大的經濟效益。

我相信,到目前為止,我們對月球的了解還非常有限。關於這個話題,我們以後還會繼續做。如果你也對這些感興趣,記得關注。

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