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去月球的街头走一走?路还很远

2019-12-09 07:57 科技日报
百度 今年2月,在北京发布的《中国经济生活大调查(20172018)》显示:在104个城市样本的大数据调查中,武汉荣登中国最具幸福感的省会城市和直辖市榜首。

  1月3日10时26分,嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面预选着陆区,并通过“鹊桥”月球中继星传回世界上第一张近距离拍摄的月背影像图。

  在中国探月计划不断传来好消息的同时,各国的探月计划也在持续推进,人类何时再登上月球又成为热议话题。

  从1969年到1972年,美国共完成6次载人登月,将12名航天员送上月球。但从此至今47年间,全世界再也没有开展过载人登月活动。

  载人登月到底难在哪,人类在月球建立基地还需做哪些准备?科技日报记者就此采访了相关专家。

  载人登月要用更大型火箭和飞船

  “载人探月和无人探月最大的不同,也是它要解决的最大问题,即火箭和飞船的运载能力。”中国航天科工集团二院研究员杨宇光告诉记者。

  杨宇光具体介绍道,此次嫦娥四号任务中的长三乙火箭地球同步轨道运载能力是5.5吨,奔月轨道运载能力为3.8吨。“由于要携带大量物资和推进剂,载人探月的火箭运载能力要大很多很多。”他说,美国“阿波罗”计划中使用的土星5号运载火箭是截至目前人类历史上使用过的自重最大的运载火箭,高达110.6米,起飞重量3038.5吨,总推力达3408吨,月球轨道运载能力45吨,近地轨道运载能力118吨。

  除了火箭,载人登月任务还对飞船有很高要求。登月飞船由指令舱、服务舱和登月舱组成。在执行登月任务时,登月舱与指令服务舱分离,登陆月面,指令服务舱则留在月球轨道上。任务结束后,航天员驾驶登月舱离开月面,与指令服务舱对接,之后,航天员进入指令服务舱。接着,登月舱和指令服务舱再次分离,登月舱会被留在月球轨道上,指令服务舱则会点火加速,进入地月转移轨道,最后溅落海面,完成返回。

  “该任务要求飞船有极强的变轨能力,因为登月舱要进行近月制动,其变轨速度大约在八九百米每秒,且要留相当的变轨能力从环月轨道返回月地转移轨道。登月舱着陆月面和返回环月轨道的速度增量都接近两千米每秒,要实现这个速度,飞船一半以上的重量都是推进剂。”杨宇光告诉记者,美国的阿波罗计划中,登月飞船中的指挥服务舱重量在30吨以上,登月舱则在15吨以上。

  除了技术还需烧钱

  众所周知,1969年,美国东部时间7月20日22时56分,美国航天员阿姆斯特朗爬下9级舷梯,在月球表面踩下深深印记,并说出那句人类航天史上的名言:“对个人来说这是一小步,但对人类来说这是巨大的飞跃。”

  既然几十年前就有了阿姆斯特朗的脚印,为何此后再无更多人类的足迹登上月球?“主要是太烧钱了。”杨宇光说,“美国之所以中止阿波罗计划,就是因为太贵。”

  全国空间探测技术首席传播专家庞之浩曾介绍,一枚土星五号火箭造价高达5亿美元,一艘阿波罗登月飞船比等重黄金贵十多倍。阿波罗计划历时11年,耗资255亿美元,为实施该计划,NASA每年预算占到美国政府总预算的4.5%左右,平均每个美国家庭要负担400多美元。这让美国承受了巨大的经济压力。

  除了伤财,阿波罗计划还很劳民。高峰时期,参与该工程的有2万家企业、200多所大学和80多个科研机构,总人数超过30万。

  “阿波罗计划只是送了三个航天员(其中两个人登月)去月球,成本就如此高昂。”杨宇光说,当时有一种说法:每发射一艘用于登月的土星五号重型火箭,就相当于烧掉一艘航空母舰。

  由于这是一项为了目标不惜代价的工程,且技术难度极大,因而除了性价比低,其可靠性也不高,承担着很大风险。杨宇光认为,该工程技术途径比较冒进,一些设备冗余做得很少,从安全性角度来看十分冒险。

  正因此,脱离了冷战时期特殊的国际政治环境,此后各国在载人登月计划方面都相当谨慎。为了政治目的不惜代价将人送上月球的时代早已终结,如今的探月活动,注重的是将科学探索和经济利益相结合,以探测月球资源为主,为未来月球资源的开发利用打基础。

  “要实现从月球往返及建立月球基地,首先要解决成本问题。”杨宇光认为,核电推进和空间核反应堆两种技术的结合,是未来人类以相对比较低的成本开发太空必然要走的途径。

  建立月球基地面临很多坎

  尽管现阶段造假高昂,但由于月球独特的地理位置使其成为人类探索深空的跳板,以及其丰富的资源,经过30多年的沉寂,进入21世纪,国际社会掀起了新一轮的载人登月浪潮,并将在月球建立常驻基地作为目标。

  庞之浩说,人类探月的总步骤分为“探、登、驻”三步。美国已走完前两步,后续登月活动势必以驻月为目标,包括建造能源基地、科研基地等,让航天员在月球上长期工作和生活。2017年底,特朗普正式签署“太空政策一号指令”,要求NASA重启登月计划。

  不过,杨宇光说,由于月球特殊的环境,在那建基地目前来看还非常困难。

  “首先是选址的问题。一种选择是在月球正面即近赤道区域,这个区域的好处是易于到达,往返地球相对方便,但弊端是这里有长达14天的月夜。漫长的黑夜里没有光照,没有能量来源,这对人类是个极大挑战。”杨宇光表示。

  另一种选择是将基地选址在月球背面南极附近,“这个区域有永久光照,但是很难到达。”杨宇光说,所以如何选址是个两难问题。

  如何就地利用月球本身获取人类赖以生存所必需的资源,也是月球基地建设需要解决的重要问题。首先是来自水的挑战。10年前,科学家在月球两极地区发现了固态冰冻水的痕迹,但并不确定有多厚,也不确定其是与土壤混合还是以月球表面的冰层形式出现。印度空间研究组织预计将于明年发射的“月船2号”探测器,以及俄罗斯预计将在2022年发射的“月球27号”探测器都瞄准了这些问题。

  关于食物的获取及水的循环利用等,多国科学家正在通过建立高闭合度的生物再生生命保障系统来进行探索。其中, 北京航空航天大学实施的“月宫365”实验共历时370天,是世界上时间最长、闭合度最高的生物再生生命保障系统实验。该试验特点是载人飞行器进入外太空后可不再需要或很少需要地面物质支持,氧气、水和食物在系统内通过生物技术实现再生,航天员可长期在站内工作和生活,使得长期载人航天和行星探测成为可能。

  同时,在月球上还要克服辐射问题。地球由于有地磁场和大气层保护,辐射很小。“但月球上没有全球性磁场,有强烈的辐射,对机器和元器件会产生影响,对人的影响更大。”杨宇光说,现在主流观点认为可以用月壤来建立保护屏障。

  此外,由于没有大气层保护,陨石可直接撞击,这对月球基地是极大的隐患,所以,月球基地在设计上要充分考虑这些因素。

  “无人月球科考站可能会率先建成,而要建设有人的月球基地恐怕还需要相当长时间。”杨宇光认为从目前人类的技术储备来看,要建立永久性月球基地,还有很多技术难题要解决,耗费也会十分惊人,需要通过多国合作的模式才能实现。(记者 操秀英)

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责编:任鑫恚
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