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去月球的街頭走一走?路還很遠(yuǎn)

2019年01月11日 10:45 | 來源:科技日報
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1月3日10時26分,嫦娥四號探測器成功著陸在月球背面預(yù)選著陸區(qū),并通過“鵲橋”月球中繼星傳回世界上第一張近距離拍攝的月背影像圖。

在中國探月計劃不斷傳來好消息的同時,各國的探月計劃也在持續(xù)推進(jìn),人類何時再登上月球又成為熱議話題。

從1969年到1972年,美國共完成6次載人登月,將12名航天員送上月球。但從此至今47年間,全世界再也沒有開展過載人登月活動。

載人登月到底難在哪,人類在月球建立基地還需做哪些準(zhǔn)備?科技日報記者就此采訪了相關(guān)專家。

載人登月要用更大型火箭和飛船

“載人探月和無人探月最大的不同,也是它要解決的最大問題,即火箭和飛船的運載能力?!敝袊教炜乒ぜ瘓F(tuán)二院研究員楊宇光告訴記者。

楊宇光具體介紹道,此次嫦娥四號任務(wù)中的長三乙火箭地球同步軌道運載能力是5.5噸,奔月軌道運載能力為3.8噸。“由于要攜帶大量物資和推進(jìn)劑,載人探月的火箭運載能力要大很多很多。”他說,美國“阿波羅”計劃中使用的土星5號運載火箭是截至目前人類歷史上使用過的自重最大的運載火箭,高達(dá)110.6米,起飛重量3038.5噸,總推力達(dá)3408噸,月球軌道運載能力45噸,近地軌道運載能力118噸。

除了火箭,載人登月任務(wù)還對飛船有很高要求。登月飛船由指令艙、服務(wù)艙和登月艙組成。在執(zhí)行登月任務(wù)時,登月艙與指令服務(wù)艙分離,登陸月面,指令服務(wù)艙則留在月球軌道上。任務(wù)結(jié)束后,航天員駕駛登月艙離開月面,與指令服務(wù)艙對接,之后,航天員進(jìn)入指令服務(wù)艙。接著,登月艙和指令服務(wù)艙再次分離,登月艙會被留在月球軌道上,指令服務(wù)艙則會點火加速,進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道,最后濺落海面,完成返回。

“該任務(wù)要求飛船有極強的變軌能力,因為登月艙要進(jìn)行近月制動,其變軌速度大約在八九百米每秒,且要留相當(dāng)?shù)淖冘壞芰沫h(huán)月軌道返回月地轉(zhuǎn)移軌道。登月艙著陸月面和返回環(huán)月軌道的速度增量都接近兩千米每秒,要實現(xiàn)這個速度,飛船一半以上的重量都是推進(jìn)劑?!睏钣罟飧嬖V記者,美國的阿波羅計劃中,登月飛船中的指揮服務(wù)艙重量在30噸以上,登月艙則在15噸以上。

除了技術(shù)還需燒錢

眾所周知,1969年,美國東部時間7月20日22時56分,美國航天員阿姆斯特朗爬下9級舷梯,在月球表面踩下深深印記,并說出那句人類航天史上的名言:“對個人來說這是一小步,但對人類來說這是巨大的飛躍?!?/p>

既然幾十年前就有了阿姆斯特朗的腳印,為何此后再無更多人類的足跡登上月球?“主要是太燒錢了?!睏钣罟庹f,“美國之所以中止阿波羅計劃,就是因為太貴?!?/p>

全國空間探測技術(shù)首席傳播專家龐之浩曾介紹,一枚土星五號火箭造價高達(dá)5億美元,一艘阿波羅登月飛船比等重黃金貴十多倍。阿波羅計劃歷時11年,耗資255億美元,為實施該計劃,NASA每年預(yù)算占到美國政府總預(yù)算的4.5%左右,平均每個美國家庭要負(fù)擔(dān)400多美元。這讓美國承受了巨大的經(jīng)濟壓力。

除了傷財,阿波羅計劃還很勞民。高峰時期,參與該工程的有2萬家企業(yè)、200多所大學(xué)和80多個科研機構(gòu),總?cè)藬?shù)超過30萬。

“阿波羅計劃只是送了三個航天員(其中兩個人登月)去月球,成本就如此高昂?!睏钣罟庹f,當(dāng)時有一種說法:每發(fā)射一艘用于登月的土星五號重型火箭,就相當(dāng)于燒掉一艘航空母艦。

由于這是一項為了目標(biāo)不惜代價的工程,且技術(shù)難度極大,因而除了性價比低,其可靠性也不高,承擔(dān)著很大風(fēng)險。楊宇光認(rèn)為,該工程技術(shù)途徑比較冒進(jìn),一些設(shè)備冗余做得很少,從安全性角度來看十分冒險。

正因此,脫離了冷戰(zhàn)時期特殊的國際政治環(huán)境,此后各國在載人登月計劃方面都相當(dāng)謹(jǐn)慎。為了政治目的不惜代價將人送上月球的時代早已終結(jié),如今的探月活動,注重的是將科學(xué)探索和經(jīng)濟利益相結(jié)合,以探測月球資源為主,為未來月球資源的開發(fā)利用打基礎(chǔ)。

“要實現(xiàn)從月球往返及建立月球基地,首先要解決成本問題?!睏钣罟庹J(rèn)為,核電推進(jìn)和空間核反應(yīng)堆兩種技術(shù)的結(jié)合,是未來人類以相對比較低的成本開發(fā)太空必然要走的途徑。

建立月球基地面臨很多坎

盡管現(xiàn)階段造假高昂,但由于月球獨特的地理位置使其成為人類探索深空的跳板,以及其豐富的資源,經(jīng)過30多年的沉寂,進(jìn)入21世紀(jì),國際社會掀起了新一輪的載人登月浪潮,并將在月球建立常駐基地作為目標(biāo)。

龐之浩說,人類探月的總步驟分為“探、登、駐”三步。美國已走完前兩步,后續(xù)登月活動勢必以駐月為目標(biāo),包括建造能源基地、科研基地等,讓航天員在月球上長期工作和生活。2017年底,特朗普正式簽署“太空政策一號指令”,要求NASA重啟登月計劃。

不過,楊宇光說,由于月球特殊的環(huán)境,在那建基地目前來看還非常困難。

“首先是選址的問題。一種選擇是在月球正面即近赤道區(qū)域,這個區(qū)域的好處是易于到達(dá),往返地球相對方便,但弊端是這里有長達(dá)14天的月夜。漫長的黑夜里沒有光照,沒有能量來源,這對人類是個極大挑戰(zhàn)。”楊宇光表示。

另一種選擇是將基地選址在月球背面南極附近,“這個區(qū)域有永久光照,但是很難到達(dá)。”楊宇光說,所以如何選址是個兩難問題。

如何就地利用月球本身獲取人類賴以生存所必需的資源,也是月球基地建設(shè)需要解決的重要問題。首先是來自水的挑戰(zhàn)。10年前,科學(xué)家在月球兩極地區(qū)發(fā)現(xiàn)了固態(tài)冰凍水的痕跡,但并不確定有多厚,也不確定其是與土壤混合還是以月球表面的冰層形式出現(xiàn)。印度空間研究組織預(yù)計將于明年發(fā)射的“月船2號”探測器,以及俄羅斯預(yù)計將在2022年發(fā)射的“月球27號”探測器都瞄準(zhǔn)了這些問題。

關(guān)于食物的獲取及水的循環(huán)利用等,多國科學(xué)家正在通過建立高閉合度的生物再生生命保障系統(tǒng)來進(jìn)行探索。其中, 北京航空航天大學(xué)實施的“月宮365”實驗共歷時370天,是世界上時間最長、閉合度最高的生物再生生命保障系統(tǒng)實驗。該試驗特點是載人飛行器進(jìn)入外太空后可不再需要或很少需要地面物質(zhì)支持,氧氣、水和食物在系統(tǒng)內(nèi)通過生物技術(shù)實現(xiàn)再生,航天員可長期在站內(nèi)工作和生活,使得長期載人航天和行星探測成為可能。

同時,在月球上還要克服輻射問題。地球由于有地磁場和大氣層保護(hù),輻射很小?!暗虑蛏蠜]有全球性磁場,有強烈的輻射,對機器和元器件會產(chǎn)生影響,對人的影響更大?!睏钣罟庹f,現(xiàn)在主流觀點認(rèn)為可以用月壤來建立保護(hù)屏障。

此外,由于沒有大氣層保護(hù),隕石可直接撞擊,這對月球基地是極大的隱患,所以,月球基地在設(shè)計上要充分考慮這些因素。

“無人月球科考站可能會率先建成,而要建設(shè)有人的月球基地恐怕還需要相當(dāng)長時間?!睏钣罟庹J(rèn)為從目前人類的技術(shù)儲備來看,要建立永久性月球基地,還有很多技術(shù)難題要解決,耗費也會十分驚人,需要通過多國合作的模式才能實現(xiàn)。(記者 操秀英) 

編輯:秦云

關(guān)鍵詞:月球 嫦娥四號 月背影像圖

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