NASA有借口了,2026年登月将遇“极端”太阳,“重返月球”有点难

来看世界 2024-06-15 03:50:28

美国NASA的目光早就锁定了月球,并且对中国的探月计划颇有微词,仿佛中国的探月工程干扰了他们的登月活动一样。美国的重返月球计划,计划在 2026 年之前将宇航员送回月球表面,并在 2030 年代之前在月球上建立长期居住地。

但目前重返月球计划的各个时间节点已经无限期的延迟了,原本美国计划在2026年前就登月,然而现在无论是载人飞船还是火箭发射系统都还没有搞定。眼看着时间节点越来越近甚至逾期,NASA承受了很大的压力,要不然也不会冒险让飞船起飞。目前的状况是2026年登月的目标,即便是对于美国来说也可能是相当不现实的。

瞌睡有人送枕头,2026年登月,不是不想登月,实在是风险更大

正所谓瞌睡就有人送枕头,最近,NASA报道了另一个不利于2026年登陆月球的事件:太阳活动的极大期。太阳有着一个大约11年的活动周期,在活动周期内,太阳辐射的能量有强有弱。因为太阳能量来源于核心的核聚变,核聚变释放的能量导致太阳膨胀,因膨胀内部粒子的碰撞减少,太阳释放的能量降低,于是太阳又收缩,进入下一轮的活动。

在太阳活动的高峰时段——称之为太阳活动极大期,这时候太阳会喷射出更多的粒子、射线,它们都对人体具有危害作用。可以穿透宇航服和人体皮肤,进入组织的深层,从而破坏细胞甚至DNA链。这就导致宇宙射线对人体具有致畸和致癌的作用。若射线强度太强,甚至会直接发生急性照射事故,导致人员的皮肤、黏膜被灼伤。带电离子还会危害电子设备,甚至造成电子设备失效,这将影响飞船的控制。

2023年,NASA资助CLEAR,这是一个为了监控太阳活动,并预测未来太阳可能爆发的强烈太阳风的机构。他们利用人工智能工具,在每24小时内都预测太阳的活动时间,并借此规划宇航员的工作,当太阳活动处于激烈状况时,他们需要告诉宇航员什么时候进行舱外作业是安全的。而根据NASA的观测结果预测,2024 年到2026年期间,太阳将进入活动极大期,这时太阳活动更加极端,射线更强烈。

在极大期内,如果在舱外活动,宇航员遭遇的太阳辐射强度可能比地球上的人受到的辐射剂量高出1000 倍,这将超过宇航员建议的终生极限的10 倍。这将不是很有利于宇航员的舱外活动,而这样的预测,现在并不能做的十分精确。以往的做法是在月球的“下午”,也就是太阳照射不是那么强烈的时段进行月表的活动。

正如阿波罗登月时期中美国的做法一样。那时候对太阳虽然也有一定的监测,但是对太阳活动规律的监测肯定没有现在发达且精确。夜里影响活动,所以登月就在月球日的白天去。月球的一天跟地球的一天类似,不过月球的一天相当于地球的14天,也是类似的有上午中午下午等时段,阳光照射的强度并不一样。

NASA期望通过更加精确的方式预测太阳粒子流的喷射,以便保证航天员更好地在月球表面的活动。但这其实并不是最关键的,正像上文说的,可以选择太阳非直射或者月球日的傍晚等时段,在阳光照射不是那么强烈的时候进行月表活动,以避免太阳风暴对宇航员的身体造成难以逆转的伤害。虽然原本空间的射线就更强,但是能多一层保障更好。

太阳风暴虽然厉害,可是对于NASA而言,更紧迫的任务并不在这里

现在对于NASA而言,更重要的问题是赶紧进行载人飞船的更多测试,同时赶紧把SLS火箭尤其是用于深空探测的Block2的版本搞出来。这里可以参考我们中国的载人航天发展脉络,虽然美国技术层面相比中国有更大的优势,可是登月活动并不能一蹴而就,这是一个系统性的庞大工程,又非常多的环节需要考虑。

中国载人航天在2003年才进行第一次载人飞行,可是在那之前,我们花了几十年的时间来筹备载人航天任务。最重要的是进行火箭和飞船的制造以及各种生命保障系统,火箭的飞船逃逸塔需要测试,飞船的回收需要测试,火箭和飞船自身的可靠性需要测试,需要先进行一系列无人的试飞活动,中间可以利用动物进行模拟载人测试,最后才能进行载人飞行。

而登月活动的步骤更多,需要进行月面起飞、越轨飞行器对接等,这些都需要技术验证。这也正是我们嫦娥探月工程的一个目的,不断地试验、迭代相应的技术,做到稳妥、安全,最终才能进行载人登月活动。载人登月活动,如果不能将航天员成功的送上去并完好无损的带下来,那将没有什么意义。作为经历过严重载人航天事故的美国,需要更加谨慎。

美国在几十年前阿波罗登月时期做到过(不管是否真的载人登月),但是如今随着美国关键产业的外流,NASA的火箭也会、飞船也罢,都有广泛的外部供应链的问题,火箭及飞船的制造不顺利。美国今年由私人公司主导的登月活动也以失败告终,此前还想借助我们的鹊桥一号进行月球信号中继,以便NASA的探测器着陆月球,但最终因为美国的沃尔夫条款而没能合作。

如今美国打造用于登月或者深空探测的重型火箭也存在不少的障碍。首先是发动机研发不顺利,为了更快的研发发动机和节省成本,美国把曾经用于航天飞机的发动机改造了一番,形成了RS-25火箭发动机,利用不同的构型,美国想要打造数款重型火箭组成SLS火箭发射系统。Block1版本和Block1B版本的SLS火箭的近地轨道运载能力达到与猎鹰九号相当,用于深空探测的Block2版本将超越土星五号。

目前SLSBlock 1版本已经完成了大部分的关键测试,包括核心级的热火试验,已经在2022年11月16日成功执行了其首飞无人试飞任务,即Artemis I。然而,目前还没有进行SLS火箭与飞船组合测试,未来将进行Artemis II任务,这将是SLS的首次载人飞行,计划在2024年进行。但今年,波音扯了NASA的后腿,Artemis II任务不知道将延期到啥时候。

Block 1B版本在Block 1的基础上进行了一些改进,主要包括更强大的探索上级阶段(Exploration Upper Stage, EUS),EUS将大大提高火箭的运载能力,使其能够携带更多的货物或更复杂的任务设备。但目前该火箭还在研发中,首次飞行测试预计将在Artemis III任务之后进行,也是不知道延期到啥时候了。

Block 2版本是SLS火箭的最终改进型,计划在运载能力和任务灵活性方面进一步提升,将引入更强大的助推器和可能的其他改进,以支持深空任务,包括载人火星任务;目前Block 2仍处于设计和初步开发阶段,预计将在2030年代用于更复杂的载人任务,如载人火星探测,但具体时间表尚未确定。

SLSBlock 1版本用于载人登月,其运载能力稍有不足,能够将约95吨的有效载荷送入低地球轨道,并能将约27吨的有效载荷送入绕月轨道。在阿波罗登月时期,阿波罗飞船的总重量达到了45吨,虽然可以利用现有技术将飞船的重量进一步降低,但是27吨依然稍显不足。所以NASA可能采取另一种办法,即通过多次发射、在轨组装的方式进行载人登月活动。

这就需要做到上文所说的,需要进行月面起飞、越轨飞行器对接等技术验证活动,在地球轨道上可以进行一定程度的模拟,但依然做不到万无一失,月球距离地球地面更加遥远,地面信号有1秒多的延时,美国虽然也有月球轨道的探测器,也可以充当部分中继卫星的功能,但是也还是需要飞船有一定自主对接的能力,可以主动进行姿态调整。这些关键技术都要验证。

2026登月的难度相当大,时间点依然可能后推

6月5号,NASA终于进行了星际飞船的第一次载人飞行测试,然而飞船在轨道上却经历了5次 漏气事故。虽然波音和NASA的技术人员称,氦气足够70小时的在轨活动,而飞船脱离空间站到返回地球的过程中,只需要7小时的自由飞行,氦气依然十分充足。可是氦气的漏气量具体有多少他们尚不清楚,而且这可能带来推进系统的更大问题,所以才延长在轨时间。

自从NASA决定用外部供应商的方式发展航天的时候,NASA就一直表现的不是很顺利,先是花数十亿打造空间望远镜,最后发射上去累计已经花了上百亿美元;而NASA委托波音制造的载人飞船前不久刚成功发射并对接空间站,而飞船却遭遇了5次氦气漏气的事故,为此延长了宇航员空间站驻留时间,以便太空和地面协同处理飞船漏气的问题。

Starliner的这次载人飞行,是NASA重要的试飞计划,用于测试飞船的可靠性,为未来的重返月球做准备,不过这次他们用的是另一家公司的火箭发射的,并没有用上NASA研发的SLS火箭发射系统,也没有用猎户座飞船。而且,猎户座飞船目前仅进行过无人测试,也尚未进行载人试飞,猎户座飞船的首次载人任务可能发生在2024年,可现在2024已经过去一半了。

飞船是飞船,火箭是火箭,即便是飞船测试完全成功,也不能保证火箭的整体可靠性足够,SLS需要经历无人到有人的多种测试才能载人飞行。这么看的话,2026年登月这个目标,时间上还是相当紧迫的。

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