北京时间2022年11月16日14时48分,美国研制的世界最⼤推⼒⽕箭(Block1)搭载猎户座载⼈⻜船发射升空,执⾏阿尔忒弥斯1号绕⽉⻜⾏任务,发射地点位于卡纳维拉尔⻆的肯尼迪航天中⼼。本次是测试发射,⻜船中有三个假⼈模型,身体内装有各种传感器,⽤于记录在⻜往⽉球、绕⽉⻜⾏以及返回地球过程中的科学数据。按照计划,从发射抵达⽉球,绕⽉⻜⾏并返回地球,全程⼤约持续6个星期。
在此之前,阿尔忒弥斯1号任务因传感器故障、燃料泄漏及飓⻛逼近等各种因素多次推迟。
阿尔忒弥斯计划类似于上世纪的阿波罗登⽉计划,这是由美国发起的载⼈航天项⽬,主要由太空发射系统(SLS)、猎户座⻜船、⽉球轨道空间站以及商业化的登⽉系统(SpaceX的星舰是重要候选者)组成,最终⽬标是让宇航员重返⽉球,并建⽴⻓期的⽉球基地,甚⾄为未来载⼈登陆⽕星任务铺平道路。
在希腊神话中,太阳神阿波罗和⽉神阿尔忒弥斯是宙斯与勒托的⼦⼥。阿波罗是位多才多艺的男神,他的姐姐⽉亮⼥神阿尔忒弥斯常常⼿持⼸箭,在林莽和⼭野间与侍奉她的众仙⼥狩猎。因此,阿尔忒弥斯计划与阿波罗计划遥相呼应,更适合给探⽉计划命名。
我们知道,从1969年到1972年,阿波罗计划共成功实施了6次载⼈登⽉,先后把12名宇航员送到⽉球表⾯。⾃从1972年阿波罗17号登⽉之后,时隔半个世纪,除了⽆⼈探测器,⼈类再也没踏上过⽉球表⾯,因此,阿尔忒弥斯计划的初期⽬标是让宇航员重返⽉球,结束半个世纪的⼈类登⽉“空窗期”。
按照⽬前的计划,载⼈登⽉安排在2025年执⾏的阿尔忒弥斯3号⻜⾏任务中,届时将有4名宇航员搭乘猎户座⻜船⻜往⽉球,其中2名宇航员最终会降落到⽉球表⾯执⾏任务,包括1名⼥性。8⽉19⽇,美国航天局公布了阿尔忒弥斯3号任务着陆⽉球的13个候选区域,全都在⽉球南极,科学家对南极的永久阴影区域⾮常感兴趣。
⽕箭发射⼤约18分钟后,就能把上⾯级⽕箭和⻜船送⼊484公⾥⾼的地球近地轨道,51分钟后,实施近地点升轨操作,1⼩时38分钟后,开始点⽕进⼊奔⽉轨道。⼤约4天后,⻜船来到⽉球附近,在⽉球引⼒的帮助下,把⻜船射⼊⼀个所谓的绕⽉“远逆⾏轨道”上,这种轨道与地⽉拉格朗⽇L1点和L2点相交,航天器在上⾯能稳定运⾏。猎户座⻜船在“远逆⾏轨道”上绕⽉⻜⾏⼀段时间后,由⻜控⼈员选择何时驶出轨道,继⽽返回地球。
执⾏本次发射任务的是⼀款叫Block1的⽕箭,从外形和涂装上也能猜得出来,这款⽕箭实际上是从航天⻜机演变⽽来。两侧细⻓的固体⽕箭助推器,橙⾊的芯级⽕箭,⽆不透露出航天⻜机的影⼦。Block1⽕箭的芯级采⽤液氢和液氧为燃料,这与航天⻜机外挂燃料箱⾥⾯盛放的燃料⼀样,发动机也采⽤与航天⻜机型号⼀样的发动机(RS-25),不同的是,航天⻜机的主发动机有三个,Block1⽕箭芯级的主发动机有四个。
太空发射系统(SLS)是指NASA⾃从2011年研发的新⼀代可扩展的重型⽕箭运输系统,在过去⼗年间,设计⽅案经过⼏次调整,⽬前最新的⽅案是:第⼀个版本的Block1;第⼆个版本的Block1B;第三个版本的Block2。其中,Block1⽕箭⽤于执⾏前三次阿尔忒弥斯任务,后续五次采⽤运⼒更强的Block1B版本,最终迭代到运⼒最强的Block2版本。
这三个版本的⽕箭采⽤相同的芯级结构,不同之处在于上级⽕箭和固体⽕箭助推器的升级。
虽然猎户座⻜船的外观和阿波罗⻜船⽐较相似,但内部空间是阿波罗⻜船的2.5倍。根据⽬前的设计,猎户座⻜船能够搭载4名宇航员⻜往⽉球,⽽阿波罗⻜船最多容纳3名宇航员奔⽉。值得注意的是,阿波罗⻜船由服务舱、返回舱和登⽉舱组成的三舱结构,⽽猎户座⻜船没有登⽉舱,只有服务舱和返回舱。猎户座⻜船要想把宇航员送到⽉球表⾯需要借助专⻔的登⽉系统,⽬前呼声⽐较⾼的是SpaceX正在研发的星舰⻜船。
本次虽然是⼀次⽆⼈的绕⽉⻜⾏试验,但猎户座⻜船⾥搭载了三名假⼈模型,其中,⼀个假⼈的名字叫穆尼⾦·坎波斯(Arturo Campos),坎波斯是参与过阿波罗和航天⻜机计划的电⽓⼯程师,在他的帮助下,遇险的阿波罗13号⻜船成功返回地球。假⼈坎波斯身穿橘⻩⾊的新款宇航服躺在猎户座⻜船中,模拟载⼈⻜⾏时的状态。
除了假⼈坎波斯之外,还有两个⽤环氧树脂制成的两个⼥模特,分别命名为Helga和Zohar,她们体内放置了各种传感器,包括辐射计,以便记录⻜船在远离地球⻜⾏途中的辐射⽔平,为后续载⼈登⽉提供参考。
跟随本次发射的还有10颗⽴⽅体⼩卫星,其中包括⼀颗⽤于绘制⽉球⽔冰分布的⼩卫星、⼀颗盛放有酵⺟的⼩卫星、⽤于验证⻓期深空⻜⾏过程中辐射对⽣命体的影响的⼩卫星、⼀颗探测空间天⽓的⼩卫星、⼀颗⽤于探测⽉球光谱和热辐射的⼩卫星、甚⾄还有⼀颗⽇本的⼩型⽉球着陆器,如果成功,⽇本将成为世界上第四个软着陆⽉球的国家。
最近,据中国航天科技集团消息,我国新⼀代载⼈⽕箭和重型运载⽕箭未来将承担起载⼈登⽉、⽕星探测、⽊星探测和⼩⾏星探测等任务。此外,新⼀代载⼈⽕箭将在2030年左右具备送航天员登陆⽉球的能⼒;重型运载⽕箭研制成功后,地⽉转移轨道的运载能⼒提升⾄50吨,⽀撑⽉球开发活动,这太令⼈期待了!!此外,中国⽉球科研站更是受到外界的⾼度关注。
探⽉⼯程总设计师、中国⼯程院院⼠吴伟仁此前向媒体透露,探⽉⼯程四期经过多年论证,已于2021年底正式⽴项,进⼊实施阶段。
2018年,俄罗斯设想利⽤名为“叶尼塞”的重型⽕箭作为载⼈登⽉和兴建⽉球基地的关键运载⼯具,这款⽕箭的设计地⽉转移轨道的运载能⼒⾄少为20吨,以满⾜2030年俄罗斯载⼈登⽉的能⼒。但在2021年,俄罗斯⼜宣布暂停叶尼塞⽕箭的研发,登⽉任务改为由多枚安加拉A5⽕箭执⾏。安加拉A5⽕箭在运载能⼒⽅⾯与⻓征五号相当。当然,⽬前来看,俄罗斯载⼈登⽉计划变数还⽐较⼤,不确定因素还⽐较多。
印度对⽉球探测也充满兴趣,2008年成功发射了⽉船⼀号绕⽉⻜⾏器;2019年成功发射了⽉船⼆号绕⽉⻜⾏器,但其搭载的着陆器坠毁在⽉球表⾯,没能成功软着陆。根据⽬前的计划,印度将在2023年发射⻜⾏器、着陆器和⽉球⻋组合体到⽉球,⼀次性完成对⽉球的环绕、着陆和巡视任务。此前印度官⽅表示,他们正在做载⼈航天任务的⼯作,同时也在论证载⼈登⽉任务。
⽉球被誉为⼈类的第⼋州,有着丰富的⾃然资源和地球上稀有的矿物,⽐较有名的是⽉壤中的氦3资源,氦3是氦元素的⼀种同位素,可以作为核聚变的燃料,且反应过程中不产⽣放射性物质。理论上,⼏⼗吨氦3聚变产⽣的能量相当于全世界的全年⽤电量。当然,鉴于⽬前⼈类连第⼀代核聚变(氘-氘)还没有完全驯服,更新⼀代的氦3核聚变的研发还有更⻓的路要⾛。
⽉球是离地球最近的天体,相对于⼴袤的宇宙空间,⽉球犹如在家⻔⼝,⽉球的引⼒只有地球六分之⼀,航天器的逃逸速度只有2.4千⽶每秒,⾮常适合作为⼈类向深空发射航天器的基地,也是⼈类向深空进发的跳板。因此,⾮常期待未来各国⽉球任务能按计划实施,早⽇实现百舸竞相⻜⽉球的场景。