近期,我国航天再创佳绩!天都一号卫星成功运行在了独特的"麻花"轨道上,即地月3:1共振轨道,这次突破也展现了我国在深空轨道精确控制方面的技术实力。而就在中国稳步突破技术瓶颈的同时,美国的重返月球计划却频频受挫。
原本雄心勃勃的阿尔忒弥斯计划步履维艰,登月日程表是一拖再拖。为什么中美探月之路如此不同?“麻花”轨道又是什么,我国的这次突破又意味着什么?
"太空兄弟"攀高峰
在说天都一号卫星的突破之前,就必须介绍下这颗卫星以及它的“兄弟”天都二号。
这两颗卫星的名字源自黄山的主峰“天都峰”, 寄托着我国在航天事业再攀高峰的美好愿景。这两颗卫星体型都不大,天都一号重61千克,天都二号更轻,只有15千克。2024年3月,它们搭着鹊桥二号中继星的"顺风车"一起踏上了奔月之旅。
它们的主要任务就是为未来一个叫做“鹊桥通导遥综合星座”的大计划做技术验证。通俗地说,这个计划就像是要在地月空间搭建一个超级"太空服务站",集成了类似北斗导航、5G通信和环境监测等多种功能。
建成后,它将为未来我国的登月宇航员,以及月球科研基地的初步建设提供相关的技术支持。这次细分到具体任务,这两颗卫星要完成星地激光测距,星间微波测距等一系列高精度轨道定位技术的测试。
2025年4月,天都一号的另一项关键突破非常值得关注:卫星首次在日光干扰下的白昼完成了激光测距工作。传统上,这类激光精密测量必须夜间操作,而这次的突破使得类似的卫星精密测量工作不再受昼夜影响,标志着我国空间测量技术迈上了新台阶。
预计在2030年左右,我国将建成"鹊桥星座"的初步系统,为四期探月工程和月球科研站做准备。作为这项重大任务中的"开路先锋",天都一号和二号的成功运行,将为接下来新的嫦娥任务提供直接支持,成为我国探月工程的关键技术支柱。
"麻花轨道"新突破
下面我们来聊聊这个让中国航天人骄傲,也让世界瞩目的新成就:天都一号卫星成功实现了"麻花轨道"的精准入轨。这项技术突破不仅彰显了中国航天的实力,更开创了地月探测的新可能。
所谓“麻花轨道”,学名叫“地月空间3:1共振轨道”。我们拆解一下这个专业名词:地月空间:指的是共同受地球和月球引力作用的太空区域;3:1共振:这是轨道力学是的一个概念,指的是两个天体的在轨道周期上存在3:1的整数比关系。
具体来说,在这一轨道上,探测器绕地球转3圈的时间,刚好就等于月球绕地球转1圈的时间。由于这种精确的周期比例关系,当探测器在完成3圈地飞行后,就会与月球“重逢”一次。
由于轨道形状酷似拧转的麻花,所以通俗上又称为“麻花轨道”。这个轨道算是地月之间的一个特殊区域,并不完全受单独一方引力的主导,具有独特的动力学环境。
当外太空探测器距离地球越远,和地面的通信延迟就会越长,地面要进行指令控制就越困难。而在这样的“麻花轨道”上,探测器却可以在不需要频繁接受地面指令,消耗大量燃料的情况下,实现在地月之间的区域性周期性往返,大大提高了探测器的灵活性。
轨道这些种种特性,将成为未来建设地月空间基础设施的重要技术支撑。比如,可以让多颗分布在“麻花轨道”上的卫星组成的一个网络系统,协同工作,共同提供通信,导航和遥感等多种功能。
天都一号是世界首个完成地月空间3:1共振轨道变换并顺利运行的探测器。其背后体现的是我国在轨道探测,探测器设计和控制等方面的强大的技术实力。当然,这次突破也不仅是一次技术验证,更是我国航天事业迈出的重要一步。
美国探月"拖延症"
当我国都在紧锣密鼓地建设月球通信网络,为载人登月铺路时,美国又在干嘛呢?在跟“拖延症”作斗争。
2017年,特朗普政府高调宣布了重返月球的"阿尔忒弥斯"计划,最初的目标是在2024年,让美国再次实现载人登月。
然而现实情况是:原定载人绕月飞行的"阿尔忒弥斯2号"任务已推迟到了2026年4月,而真正的登月的3号任务更是延期至了2027年。整个计划因各种技术问题不断后移。
首先就是飞船问题。在2022年底的无人绕月测试中,"猎户座"飞船外部的隔热层居然出现了异常烧蚀,更严重的是,飞船生命系统也被发现存在设计上的缺陷。这些可是关乎宇航员生命安全的问题,让"猎户座"成为了计划推进的最大障碍。
接着是火箭不给力。NASA重金打造的"太空发射系统"(SLS)重型火箭,从最初计划的2016年首飞,一直拖延到2022年11月才完成首次发射,被业界戏称为"航天鸽王"。
外界有传言称,NASA可能放弃SLS后续项目,转而采用SpaceX的"星舰",但"星舰"的研发进度同样落后于预期。
最后,是航天服的问题。NASA自主研发的"舱外探索机动装置“,在项目进度严重拖延,拖到最后不得不转包给商业公司"公理太空",但进展依然缓慢。
外界猜测,备选方案可能是SpaceX的新型舱外服,但这款衣服连基本的生命支持系统还未设计,离实际应用更需要大量额外的测试和改装。
结尾
航天探索作为人类最复杂的系统工程之一,从来都不是一蹴而就的壮举。无论是上世纪美苏太空竞赛,还是中国航天六十余年的发展历程,都印证了"欲速则不达"这一道理。我国能在航天关键技术领域持续取得突破,就在于坚持了这种"不疾不徐,稳中求进"的发展策略。
当前美国航天面临的困境,表面看是技术难题,实则是发展思路的偏差。与其急于解决飞船,火箭等具体技术问题,不如先调整发展理念,回归科学规律,践行好"一步一个脚印"的务实精神。在浩瀚宇宙面前,唯有脚踏实地,才能走得更远。
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