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石豪:国际航天前沿回望——美国的2017,中国的2018
关键字: 航空航天卡西尼号深空之门月球探索嫦娥4号月球空间站深空之门——从月球出发
卡西尼号任务终结的感伤还未褪去,美国人已经把目光重新投向了月球。
在特朗普签署太空政策指令,高调宣布重返月球之前,2017年6月30日,美国国家太空委员会重新成立,该委员会的任务就是确保国家的太空政策由总统团队协调。而在历史上,正是第一代国家太空委员会促成了阿波罗登月计划立项,特朗普如今重建该委员会,风向标意义不可谓不大。
在之前的文章中,笔者曾经介绍过美国航天政策路线的摇摆对任务规划和航天器研制的危害。在经历过政策的不断反复后,美国的航天工作者已经开始考虑如何利用既有项目为总统“让美国再次伟大”的雄心铺路。
2017年9月27日,在澳大利亚阿德莱德举行的第68届国际宇航大会(IAC-68)上,NASA宣布将与俄罗斯共同建造名为深空之门(Deep Space Gateway)的月球空间站,作为载人火星探测和探索太阳系的前进基地。
深空之门空间站(左)与猎户座飞船(右)
深空之门空间站方案的提出,源自奥巴马政府的小行星重定向任务(ARM),该方案拟“绑架”一颗数米直径的小行星到月球轨道,并送航天员去小行星表面进行研究。在ARM被取消后,深空之门的设计方案又要为特朗普政府的重返月球计划进行修改。
根据NASA于7月17日发布的信息邀请书,深空之门的电力和推进组件(PPE)应当在发射后100天内进入近直线晕轨道(NRHO)。晕轨道是一种运行在地月系统拉格朗日点附近的轨道,能够以较小的轨道修正稳定运行,即将于2018年发射的嫦娥4号中继星就会在地月拉格朗日点L2附近的晕轨道工作。而NRHO,则是一种更为特殊的晕轨道,其轨道周期在6到8天,绕拉格朗日点做大椭圆运动,近点距离2000km左右,远点距离75000km左右,轨道面几乎垂直于地月系平面。
地月系统中拉格朗日点、晕轨道和近直线晕轨道NRHO的相对位置
尽管对近直线晕轨道的详细研究不过10年,但科学家已经发现了它许多有意义的性质。在所有月球轨道中,NRHO可以很容易地作为地月轨道转移的过渡,从NRHO进入月球极地轨道只需要730m/s的速度增量,耗时12小时左右,显著优于其他过渡轨道,而保持轨道所需的速度增量每年小于10m/s。同时,在NRHO上的载人飞船与地球的通信可以不受月球屏蔽干扰,对飞船热控系统的要求也更少。
未来的深空之门空间站,不出意外将运行在这种近直线晕轨道上。它的第一个部件——电力和推进组件PPE,将在2022年的EM-2任务中,同首艘载人猎户座飞船一起,由SLS运载火箭发射进入月球轨道。四名宇航员将搭乘猎户座飞船,在月球轨道停留不超过3周。PPE本身重量不超过7.5吨,能为空间站提供24kW电力,能携带2吨氙供50kW级离子发动机使用,同时具有接受在轨补给的能力,设计寿命15年。这是一个非常有挑战的指标,但只要能够实现,人类将会走进深空探测的新时代。
深空之门的建设规划
在过去的数十年间,世界各国所进行的深空项目,都没有考虑或者说不会考虑任务的可持续性,因为完成任务尚且困难重重,更遑论持续发展。深空之门空间站的建设,将是月球任务常态化的先导,如果连近在咫尺的月球都不能做到常态化登陆,执行风险远高于月球任务的载人探火显然缺乏技术上的说服力。因此,月球任务的常态化将是人类走出地球,成为“星际公民”的第一步。
尽管面临诸多不确定性因素,但美国对月球和火星探测的动向,依然值得我们密切关注。中国不是超级大国,不会像苏联那样与美国展开太空竞赛,但在对太空的探索中,我们不能自甘人后。合理而明确的目标,雄心勃勃且脚踏实地的规划,加上持续而稳定的投入,才是追上世界领先水平的不二法门。
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- 责任编辑:小婷
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