完成阿波罗计划的时候,美国可能根本想不到。五十多年后,他们在登月方面反而会遇到危机。
根据目前的计划,中国将在2030年实施载人登月任务。而拥有登月经验的美国,最早只能领先中国2年的时间。甚至按照目前不乐观的进展,这个差距很可能进一步缩小。
美国曾经完成过载人登月,为什么现在反而不行了?
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原因很简单,二者不一样。上一次登月,是为了“打卡”,带几块石头回来,从而战胜苏联;这一次,再简单地打卡已经没有意义了,因为中国已经开始准备建立月球基地了。在月球上踩一脚,和长期驻留,本质上是完全不同的两个任务。
只有实现长期驻留,才能开发月球资源,探月才更具可持续意义。其中最诱人的,就是月球极其适宜探索太空深处。当我们能够在月球表面发射火箭,人类向外太空探索的边界,将得到极大拓展。中美登月,登的也不是月球本身,而是在未来更长久的时间内,谁能抵达更遥远的太空终点。
别看近些年来,人类的航天技术得到长足发展,但在深空探测领域,实际上已经很久没有突破了。
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(旅行者1号)
目前人类飞行最远的航天器旅行者1号,是1977年发射升空的;
和它同年发射的旅行者2号飞船,迄今为止仍然是人类唯一近距离探测过天王星和海王星的探测器;
人类最新的深空探测器新地平线号,升空也有20年了。
以上,还都是美国宇航局创造的。
我国也规划了深空探测任务,但目前连木星、土星都还没探测过。不论是天王星还是海王星,都仅仅有规划,距离实施尚早。我们还曾设想在2049年建国100年之际,实现航天器飞越100个天文单位(150亿公里)的伟业,为祖国献上生日礼物。
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(中国探月工程总设计师曾透露我国的深空探索计划)
但目前,都还没有起步。如果我们能够从月球发射航天器,这些任务的难度都将直线下降。
实际上,从地球发射航天器,本质上是我们别无选择,被迫承受各种弊端。
地表的引力比较大,逃逸速度达到11.2 km/s,需要利用大量的燃料来克服引力送入太空。而燃料本身,也是“拖累”。注入的燃料越多,就要提供更多新的燃料把这部分燃料送上天,形成滚雪球效应。以我国的长征五号运载火箭为例,升空时差不多90%的重量都是燃料,再抛除火箭自身重量,实际上能携带的有效载荷仅占极小的一部分。
而且,地球有浓厚的大气层,同样会产生空气阻力。抛开阻力不谈,火箭升空的时候,还要承受剧烈摩擦,我们还需要想办法隔热,避免载荷受损。
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(太阳背景下的火箭发射画面)
再考虑到地球上还有各种各样的恶劣天气,压缩火箭的发射窗口。
在这些因素影响之下,地表发射火箭不仅成本高昂,而且风险较高。尤其在面对太空深处时,人类多少有些无能为力。
相比之下,月球表面重力仅为地球的1/6,逃逸速度只有约2.38 km/s,约为地球的1/5。而且这里没有大气层,不用担心阻力问题。从这里发射火箭,将可以更加轻松地进入太空,一方面可以极大地节省燃料,用来携带科学载荷;另一方面可以获得更高的初始速度,前往更深的太空。
简单来说,月球就是人类进军太空深处的跳板。唯有建立月球基地,才能真正建造起可靠的火箭发射场。
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(月球是绝佳的火箭发射场)
除了月球本身,其附近的轨道,也都是优良的“太空港口”。比如近直线晕轨道、低月球轨道以及我们前几天刚刚介绍的地月空间远距离逆行轨道,都能让人类利用三体引力动力学实现低能耗转移。
比如地月空间远距离逆行轨道,我国已经部署了卫星,完成初步验证。我们巧妙地利用了地月引力,仅仅用了常规情况1/5的燃料,就完成了卫星部署。但这也仅仅是初具雏形,距离真正开发该轨道,仍然有很远的距离。
美国宇航局重返月球的核心项目之一——月球空间站Lunar Gateway,则是利用近直线晕轨道。通过这个轨道可以更轻易地向月球部署着陆器、月球车或者月球基地模块。不过,由于资金不足,该项目进展已经严重滞后。
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(阿尔忒弥斯计划和阿波罗计划并不相同)
当然,美国的重心还是月球本身。其之所以想要在中国之前登月,就是为了占据最有利的资源点,为未来开发月球资源、进军太空深处铺路。
问题在于,单看载人登月这一项,阿尔忒弥斯计划似乎确实比我们要更早一点。但论及建造月球基地,美国恐怕要落后了。
根据目前的计划,我们会在今年发射嫦娥七号,2028年发射嫦娥八号,2030年实施载人登月。预计在2035年前后,我们就能建成国际月球科研站的基本型。
未来的国际月球科研站,就是在此基础之上丰富完善的。
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2035-2045年间,我们的核心任务就是进行“长期无人自主,短期有人参与的月球科研站建设”,并且探索利用月球原位资源的技术。一旦这项技术成熟,我们将可以在多个方面实现资源100%自给,航天员也将有望实现长期驻留。此后,我们就能建设月球的火箭发射场,乃至更加遥远的火星火箭发射场了。
以上规划,来自国家航天局探月与航天工程中心副主任裴照宇在《航天学报》上发表的论文,题为《国际月球科研站资源利用发展路线战略构想》,感兴趣的朋友可以去查阅。
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可见,和美国紧盯着眼前“登月竞赛”相比,我国早就制定了明确、有序、合理的月球基地发展规划。相比于美国走一步看一步,甚至为了军费开支而挤压宇航局预算的科研环境,我国更有望率先建成未来的月球火箭发射场,并进军太空更深处。
人类向外太空探索的终点在哪里,取决于人类的技术发展到哪里。930亿光年的宇宙,远超出人类能探索的极限。当我们的技术越发达,“太空跳板”越多,视野也就越宽广。化用希腊哲学家芝诺的那句名言,当我们探索的太空越深,就越会感到自己的所知、所达实在太有限。
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