美国登月技术退步了?50年前就能载人着陆,怎么现在只能带着史努比绕一圈...
杨净 明敏 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI
明明半个世纪前人类就已经登月了…
为什么NASA打着“重返月球”的旗号折腾了这么老长时间,最新进展还只是带着假人绕月飞行?
北京时间今晚8点,承载着阿耳忒弥斯计划的SLS火箭,将在肯尼迪航天中心发射升空,整个飞行旅程为期42天。
一旦发射成功,就意味着阿波罗时代之后,NASA再度重启登月计划,预计在2025年完成登月。
当然,前提是在理想的情况下。
毕竟在此之前,光是SLS就推迟了至少16次。
据NASA前副局长透露,即使屡次延期且追加预算,也未必能如期登月。
53年前就已经完成的事情,为何现在还要做得这么费劲?
阿耳忒弥斯计划
阿耳忒弥斯计划Artemis,2017年正式发布,计划在2024年完成载人绕月,最终目标是在2028年前在月球表面建立永久基地,为登陆火星和更深层次的深空探测任务奠定基础。
本次任务“无人绕月飞行”正是该计划中的第一步Artemis 1 ,由SLS重型火箭Block 1与猎户座飞船合作执行。
△图源:NASA
表面看上去,从正式发布到第一个任务实施,中间不过五年。但实际上,背后的设备部署早在十几年前就已经开始。
猎户座飞船是从2006年就开始研发了。当时它还是“星座计划”的一部分,不过这个计划由于预算超支、进度落后等原因在2010年取消了,又在2011年重启研发。
另一个主角SLS火箭,更是因故推迟了至少16次,比原来的6年时间表增加了5年多。
要知道,当年土星五号从纸面设计到飞行仅用了6年时间……
如此大费周章重新设计大火箭,为什么不直接采用当年的原型图纸?或者在原有基础上修改呢?
为什么不能照搬图纸?
因为土星5号的图纸丢了。
NASA官方之前特意回应过这个传闻,表示图纸没丢,但是复刻一个土星5号出来意义不大。
因为当年土星5号成千上万的零件已经不再生产了,如果要重新找到上世纪60年代那些硬件设备厂商……可能还不如重新设计火箭。
而且土星5号当时的控制中心,是基于传统的大型计算机设计的。
它的内存模块总容量只有16k字节,却重达32.9公斤,主机频率只有2MHz,和现在的计算机完全无法相提并论。
也就是说技术工艺早就过时了。
太空舱方面,猎户座需要搭载的计算机也要更为先进。
与阿波罗太空舱的单计算系统相比,猎户座拥有4个计算系统,计算运行速度可以提升20000倍,内存增加了128000倍。
种种原因来看,如果拿着当年的图纸复刻,都是一件事倍功半的事情,并且还要投入更多钱。
上世纪60年代,土星5号的研发成本约为62亿美元,相当于现在的518亿美元。
但是SLS的研发成本控制在了230亿美元,还不到土星5号的一半。
加上目前NASA的发射台和运载火箭装配车间,已经改造成建航天飞机之用。
这意味着按照原来图纸设计的话,发射台也要改造,又是一笔费用。
值得一提的是,钱的问题也是NASA二次登月计划中,常常被提到的一个因素。
当年美国登月,可以说是“大力出奇迹”,一口气花了250亿美元,当时美国的GDP还是7000亿美元水平。
现在,NASA每年的经费也是大约250亿美元,但美国的GDP已经达到23万亿了。
显然现在的NASA手头有点紧。
与此同时,SLS火箭项目也并不省钱。不能像SpaceX那样回收利用,发射成本也更高。
一次发射需要大约41亿美元,土星5号大约只需要14.9亿美元。
此外,当年烧了这么一大笔钱上月球后,带来的有价值发现其实并不多。
这也引起了美国民间、政界的许多争论:
登月的意义真的有那么大吗?
为什么要重来一次?
随着“阿耳忒弥斯”计划启动,这方面的质疑更加直接:
明明50年前已经登月成功了,为什么还要再折腾一次?
尤其是尽管半个世纪过去,人类想要登月仍旧需要做非常充足的前期准备,这背后要烧掉的资金可能会高达上千亿美元。
对此,NASA负责人比尔·纳尔逊在新闻发布会上给出了几点原因。
一方面,这次登月任务要做的事更多。
它将实现宇航员在深空生活和工作,将完成一系列科学探索实验,并计划在月球表面建造永久基地。
NASA方面表示,他们希望能将一些科学仪器、有效载荷送往月球,“以此激励学生参与到科学探索工程中”。
不难看出,NASA希望通过再次登月,发现月球上更多奥秘。
实际上,在月球南极陨石坑下发现水痕迹后,人类探索月球的热情和价值都变得更高了。
有水资源就意味着,宇航员在月球上需要的饮用水和氧气、火箭燃料需要的氧气和氢气,都有了解决的希望。
这使得月球将有可能成为一个“太空补给站”。
而且也就意味着,阿耳忒弥斯计划要比阿波罗计划飞更远。虽然月球是阿波罗宇宙飞船的最后一站,但它是猎户座飞船的第一站,它最终将越过月球到达火星。
在NASA 2024年的机器人登月计划中,降落点就设在了月球南极附近。
并且月球的荒凉也能为科研提供帮助,月表古老的岩石有助于科学家研究太阳系的起源和形成。
另一方面,其他国家相继开启登月任务也给NASA带来了压力。
负责人纳尔逊提到,中国近年来已经3次成功将机器人送上月球完成探测任务,印度、以色列、韩国也在积极登月,尽管都失败了。
中国计划在2030年实现载人登月,确实也是“阿耳忒弥斯”计划前进的动力之一。
就在最近,探月工程总设计师、中国工程院院士吴伟仁透露,我国探月工程四期已经过多年论证,已于2021年正式立项,进入实施阶段。“目前研制工作进展顺利。”
按照计划,探月工程四期的主要目标也在月球南极,将开展一系列科学探测,建立起月球科研站的基本型。
后续将分3次任务实施,分别是嫦娥六号、嫦娥七号和嫦娥八号,计划在2030年之前完成。
One More Thing
最后,再回到今晚即将发射的Artemis 1任务,由SLS和猎户座飞船合作执行。
SLS重型火箭第一节由核心级(四个RS-25D发动机,目前世界最大阶段燃烧液体氢氧发动机)和两个航天飞机固体助推器组成,起飞时最大推力可达到39.1MN(兆牛顿)。
这比当年阿波罗计划的土星5号推力34.5MN,还高出15%。
仅凭推力,SLS也被NASA称为史上最强大火箭,也是目前唯一可以进入深空的载人火箭。
成功发射后,飞行至距地球表面3700公里高度时,猎户座飞船将与火箭1级箭体分离,点燃推进器,飞向月球。
整个旅程距离长达130万英里(209万公里)、持续42天3小时20分钟,飞船将于10月10日返回地球,落入加利福尼亚州圣迭戈附近太平洋中。
据介绍,猎户座此行将载重54.4公斤,包括3个模拟宇航员的人体模型、史努比玩偶等物品。
△指挥官Moonikin Campos模型,图源:NASA
其中人体模型中,一个为指挥官Moonikin Campos(以阿波罗13号功臣命名),另外两名乘客Helga和Zohar,他们将主要负责的辐射探测和测量,其中一个背着辐射防护背心。
参考链接:
[1]https://www.washingtonpost.com/technology/2022/08/27/nasa-sls-moon-artemis-human-space/
[2]https://scitechdaily.com/artemis-i-path-to-the-pad-the-most-powerful-rocket-nasa-has-ever-built/
[3]https://zh.wikipedia.org/zh-cn/%E5%A4%AA%E7%A9%BA%E7%99%BC%E5%B0%84%E7%B3%BB%E7%B5%B1
[4]https://www.npr.org/2022/08/28/1119290573/nasa-artemis-i-mission-moon-launch-apollo
[5]https://www.sciencetimes.com/articles/39330/20220812/side-comparison-nasa-s-sls-saturn-v-cost-height-weight.htm
[6]https://spacecenter.org/artemis-i-how-does-artemis-compare-to-apollo/
[7]https://www.nytimes.com/2022/08/28/science/nasa-moon-rocket-launch.html
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