美國繞月飛船現在怎麼樣了?「重返月球」為什麼這麼難?

旋翼飛行器 發佈 2022-11-26T05:35:54.106196+00:00

從8月29日嘗試發射開始至今已經快3個月了,美國的重返月球計劃第一階段「阿爾忒彌斯1號」在碰上了傳感器異常、液氫泄露、天氣突變等等問題,歷經了4次延期之後,終於成功將搭載獵戶座探月飛船的重型運載火箭「太空發射系統」發射了出去。

從8月29日嘗試發射開始至今已經快3個月了,美國的重返月球計劃第一階段「阿爾忒彌斯1號」在碰上了傳感器異常、液氫泄露、天氣突變等等問題,歷經了4次延期之後,終於成功將搭載獵戶座探月飛船的重型運載火箭「太空發射系統」發射了出去。

可是美國探月火箭發射出去之後,又出現了直播畫面不清晰、信號一度中斷等問題,可謂是疑雲重重,備受質疑。全世界已經有不少網友開始懷疑NASA是否真的已經將探月火箭發射出去,並順帶提起了美國1969年阿波羅登月計劃,指出:「如今美國只是送一艘無人飛船繞月飛行,都這麼艱難,這讓人如何相信上世紀60年代末,美國曾經登陸過月球呢?」

本文,筆者就將針對上述疑點,重點回答兩個困惑:其一,美國探月飛船到底飛到哪裡了,下一步準備幹什麼?其二,美國重返月球的「阿爾忒彌斯1號計劃」與當年美國登月的阿波羅計劃相比,有什麼更加困難的地方嗎?

獵戶座探月飛船現狀

NASA在北美中部標準時間11月24日下午5點17分最近一次更新了關於獵戶座探月飛船的最新狀態的文章。按照NASA的消息稱,獵戶座飛船距離進入地月「遠距離逆行軌道」還有一天的時間。該軌道之所以被稱為「遠距離」軌道是因為其距離月球表面大約有5萬英里(筆者按:1英里≈1.6公里,下同)。由於遠距離逆行軌道半徑較大,所以獵戶座飛船需要花6天的時間才能沿著該軌道完成繞月半圈飛行,隨後,獵戶座將會脫離該軌道,返回地球。

NASA消息稱,在向遠距離逆行軌道過渡的最後一天,NASA的飛船航行操控人員進行了一系列的校準工作,主要是要參考太陽的位置,進行獵戶座飛船定位點和航向的校準,從而確保獵戶座飛船航線準確。

在北美中部時間11月24日下午3:52,獵戶座飛船完成了第六次軌道偏離點火修正,此次修正是通過歐洲服務艙的輔助發動機點火17秒來實現的,在這17秒內,獵戶座飛船的修正速度為每秒鐘8.9英尺(筆者按:1英尺≈0.3米,下同)。這將是獵戶座飛船進入到遠距離逆行軌道前的最後一次修正。進入到遠距離逆行軌道之後,獵戶座飛船還將會執行三次軌道保持點火,從而確保其保持在軌航行。

目前,NASA工程師們正在通宵加班對姿態控制發動機進行不間斷測試,他們需要評估標準配置和(出現意外之後的)備用配置下發動機的性能變化。這些測試數據需要修正到獵戶座飛船的自動控制程序中,以確保一旦標準配置出現問題,獵戶座飛船仍然能通過備用配置姿控發動機實現航向操控。

據NASA消息稱,北美中部標準時間11月24日下午1點42分的時候,獵戶座飛船距離地球22萬2993英里,距離月球5萬5819英里,巡航速度為每小時2610英里。NASA將會在北美東部標準時間11月25日下午4點半的時候開始直播獵戶座飛船變軌進入到遠距離逆行軌道的場景,點火變軌的預計時間為4點52分,屆時,筆者也會第一時間觀看相應的直播。

阿爾忒彌斯1號計劃 vs 阿波羅計劃

雖然關於美國阿波羅登月計劃,至今仍然存在不少疑點,但無論美國是否曾經正式踏足月球,阿波羅計劃的一系列努力,都為NASA積累了寶貴的探月技術和經驗。也正是憑藉從阿波羅計劃中傳承下來的寶貴知識,NASA的阿爾忒彌斯1號計劃才得以持續推進。

為此,美國人將阿爾忒彌斯計劃稱為「當代的阿波羅計劃」,很多美國人都認為,那些在第一次「偉大登月」的時代還沒有出生的人,將會有機會見證美國太空人重新踏足神秘的月球地面。阿爾忒彌斯1號計劃就是這一切的開端。

下面,我將從5個方面,介紹阿爾忒彌斯計劃與阿波羅計劃的不同之處,也許你能從中看出為什麼曾經「已經實現過登月」的美國,如今探月都會變得這麼難。

一、獵戶座飛船和阿波羅太空艙差異不小。獵戶座飛船和阿波羅太空艙之間的一個最大區別就是兩者的成員容量。阿波羅指揮艙只能擠進去三名太空人,獵戶座飛船相對較大,能攜帶4名太空人。阿波羅指揮艙的太空人容納體積大約為210立方英尺,平均每位太空人70立方英尺(筆者按:1立方英尺≈0.028立方米,下同);獵戶座飛船的太空人容納空間大約為316立方英尺,平均每位太空人80立方英尺。

二、兩次計劃使用的火箭也不同。阿波羅計劃曾經使用的土星五號火箭一度被稱為「人類最強火箭」,但是這個名頭已經被阿爾忒彌斯1號計劃所打破,因為獵戶座飛船採用了更強大的重型運載火箭「太空發射系統」。太空發射系統是一種太空梭衍生運載火箭系統,由一個核心級和兩個改進的太空梭固體助推器提供動力。還有一個臨時低溫推進上級(簡稱上面級)將有效載荷送到目標軌道。這與土星五號的三部分設計不同,太空發射系統的總推力將會比土星五號高出15%,美國人不僅將依靠該火箭重返月球,他們甚至還想用這火箭登陸火星。

三、航行距離方面也不一樣。獵戶座飛船的設計和建造目的是為了比阿波羅太空艙航行更遠的距離。月球可以說是阿波羅太空艙的最後一站,但卻是獵戶座飛船的第一站。在完成重返月球的任務之後,獵戶座飛船還要繼續執行登陸火星的任務,所以獵戶座的設計要求比阿波羅嚴格得多。此外,即使只是執行無人駕駛的阿爾忒彌斯1號任務,獵戶座的航行距離也比阿波羅指揮艙遠得多。獵戶座飛船的航行最遠點將越過月球繼續航行4萬英里,一旦達成這個目標,這將是迄今為止,載人太空飛行器所能達到的最遠距離。

四、技術的進步。獵戶座飛船採用了一系列比阿波羅飛船更先進的技術,但是技術的進步並不一定會讓事情變得更簡單,就好比在1969年美國人製造一台可以操縱土星五號的「高性能機載計算機」和如今製造一台可以操縱獵戶座飛船的「高性能中央處理系統」難度差別並不會太大一個道理。阿波羅太空艙只有可憐巴巴的一台機載計算機,而獵戶座飛船配備了兩台同時運行的冗餘中央處理系統,每個處理系統都配備了兩個冗餘的計算模塊,也就是獵戶座總共有四套冗餘計算系統,以此來確保該機的自動控制萬無一失。根據NASA的說法,獵戶座的計算系統運行速度比阿波羅的系統快了2萬倍,內存容量增加了12.8萬倍。

五、兩者的目標也大不相同。上世紀六十年代,美蘇展開了太空競賽,在那種情況下,登月一事更重要的是政治意義而幾乎沒有什麼科學意義。為了更快達成「政治目標」,阿波羅計劃的節奏非常快,4年時間6次登月,每次都很短暫,目標也非常明確且簡單,幾乎都只需要把美國國旗插上月球,並拍幾張照片就行了。阿爾忒彌斯1號計劃目的則完全不同,它試圖在地月之間執行更長時間的任務,並為後續建立月球基地、地月通道提供支撐。

美國在航天領域的先發優勢和數十年的經驗技術積累,還是值得肯定的。NASA宣稱,其「重返月球」是為了科學發現、經濟利益,並保持美國在太空探索領域的領導地位。此外,他們還將建立一個「全球聯盟」來進一步探索深空,筆者認為,這種「全球聯盟」恐怕不單純是科學探索上的聯盟吧。此次的「重返月球」或許和美國第一次登陸月球一樣,都有特別的含義。

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