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送人登火星:NASA推出三步走规划

时间:2016年04月25日 信息来源:《中国航天》 点击: 【字体:



 按照10月8日发布的题为《NASA的火星之旅:开拓空间探测下一步》的报告,NASA要首先在低地轨道和月球附近的地月空间“试验场”积累载人航天飞行经验和专长,最终在30年代送人登上火星。NASA一段时间以来一直在研究这一分三步走的火星载人探测路线。在报告发布仪式上,该局主管载人探测与运行的副局长格斯顿梅尔称,这一战略规划描绘了一条通往远期目标的路线,同时又能带来近期效益,并形成一个能适应预算变化、政治重点、新科学发现、技术突破和伙伴关系演变的弹性架构。NASA局长博尔登称,NASA眼下比以往任何时候距离送美国宇航员前往火星这一目标都更近了。



 规划中的第一步已在进行,报告称之为“依赖地球”阶段。NASA及其国际伙伴的宇航员自2000年1 1月以来一直在不间断地按大概6个月的轮换周期在国际空间站上生活。他们所获得的经验正在帮助研究和任务规划人员更好地认识航天飞行对生理和心理的影响。此外,该站还使NASA及其伙伴方得以开发和试验生命保障和天地通信等领域的关键技术。
  国际空间站运行在距地面仅400千米的轨道上,可定期由货运飞船进行物资补给,人员在需要时可在数小时内撤回地面。飞往火星的宇航员则必须有高得多的独立性,而这也就是规划中的第二步要解决的问题。这一步称为“试验场”阶段。NASA拟通过在未来大约10年的时间里在月球附近开展一系列任务来获取深空飞行经验,其中一个项目是“小行星转向任务” (ARM)。在这项任务下,一个无人探测器将从一颗近地小行星上提取一块巨砾,并将其拖至月球轨道,以便能在随后派宇航员前去造访。该探测器将采用先进的太阳能电推进系统,而该系统被NASA视为向火星运送大型有效载荷所需的一项关键技术。该局官员希望能在2025年之前首次派人前去探访上述巨砾,届时将采用已在研制的“猎户座”载人飞船和“航天发射系统” (SLS)巨型火箭。

 “猎户座”飞船已在2014年12月利用德尔它41箭开展了首次不载人试飞。该飞船SUSLS火箭拟在201 8年首次一同上天,开展一次为期7天的不载人绕月飞行。这对箭船组合的首次载人飞行原定2021年8月进行,但NASA9月份在对由洛马公司承包的飞船项目进行了一次重大评审后表示,这次飞行很可能将推到2023年初。
  报告称,NASA还打算在地月空间试验场试验一种深空居住系统,包括在20年代初进行短期飞行和在随后进行更长时间的飞行。报告说,一个模块化的增压空间将使乘“猎户座”飞船抵达的机组人员停留更长的时间;这一地月空间初始居住能力将验证人员长时间飞往火星途中所必需的全部各项能力和应对措施。
  规划中的第三步称为“不依赖地球”阶段,将利用前两步的成果把人员送到火星附近,比如进入火星低轨道或登上火星的一颗卫星,并最终踏上火星表面。报告称,送人登火星这一大胆目标的实现要依靠国际合作、在空间站和试验场载人飞行任务中获取的知识与专长以及无人火星探测器采集的全部数据。NASA目前在火星上有两辆仍在工作的漫游车,即机遇号和好奇号,在火星轨道上还有3个仍在工作的轨道器,即“火星奥德赛”、“火星侦察轨道器” (biRO)和“火星大气与挥发物演化” (MAVEN)。印度和欧洲也各有一个火星轨道器在运行,分别称为“火星船”和“火星快车”。这些探测器已经传回了有益于载人探测火星的信息。例如,从事“火星侦察轨道器”数据分析工作的科学家9月底宣布,火星某些斜坡上的季节性深暗条纹是由液态水弓1起的。
  还有一些无人火星探测项目已在进行之中。NASA拟在2016年发射称为“见识”的一个着陆器,以对火星内部开展探测,并拟在2020年再发射一辆能力很强的漫游车。称为“火星”2020的这辆漫游车将寻找火星过往曾存在生命的迹象,收藏供未来送回地球的样品,并执行其它一些任务。它还将配备一台可利用火星大气中的二氧化碳来制取氧的技术验证设备。新报告称,无人科学探路任务将一直持续到进入下个年代后的很长时间,以实现重点科学目标,并为未来载人探测火星做准备。报告说, “火星”2020之后的无人探测任务目前处于方案制订阶段,将针对一些关键性的探测问题,比如研究火星卫星复杂的引力环境,确定具有科学价值的资源与区域,认识空间辐射的影响,鉴定进入、下降与着陆(EDL)技术和研究表层土壤力学及尘埃。

 NASA火星探测计划主管沃特金10月5日在一次会议上称,该局拟在20年代发射的一个火星轨道器可能会配备抓取并存放采自火星表面的样品以送回地球所需的机构。这项技术对于NASA要开展的火星样品回送工作至关重要。该轨道器将是继“火星”2020漫游车之后NASA的又一项战略性火星探测任务。沃特金今年早些时间首次公开提及该轨道器,当时称其将主要用于通信中继,以接替老化的“火星奥德赛”,把好奇号漫游车等火星表面设备采集的数据发回地球。他后来又相继介绍了该轨道器可能具备的更多特征,包括采用光学通信设备和能显著提高轨道机动的太阳能电推进系统。轨道器上还会配备至少一台遥感仪器。沃特金说,NASA现正考虑在轨
道器上增设“样品交会捕获与回送能力”,以便能在轨回收样品并为送回地球做准备。这意味着这一多功能轨道器将从一个火星上升飞行器那里接过由“火星”2020漫游车收藏的样品。
  NASA仍在制订载人火星探测规划的具体细节。例如,宇航员可能会先在火卫一和火卫二这两颗很小的火星卫星之一上停留。但踏上火星这颗红色星球的表面并建立起一座永久性前哨站将是最终目标。报告称: “载人探索火星有挑战,但我们知道这些是可以解决的”; “我们正在开发前往那里、在那里登陆和在那里生活所需的各项能力”。
  作为该局三号人物,NASA副局长莱特富特10月7日在国会山出席一次早餐会时说,NASA实际上已经踏上在本世纪内把人送往火星的道路。他说,尽管该局送人上火星的规划不像阿波罗登月计划那样惹人关注,但其每年花在国际空间站及“猎户座”/SLS船箭组合上的80亿美元就是在为最终载人飞往火星打基础。NASA未来10年只有一次已列入预算的载人飞行任务将飞往地球轨道以外,即“猎户座”/SLS船箭组合很可能要推迟到2023年初的那次载人任务。莱特富特称,NASA在国际空间站上开展的生保等方面工作及将利用“猎户座”/SLS船箭组合和一个居住舱在地月空间试验场开展的相关任务将使“火星之旅”不再只是一个空洞的宣传标语或标签。他还说, “火星之旅”的耗时要比阿波罗计计划长,但从NASA角度说,这项工作的预算将只有阿波罗计划的大约1/10。NASA一位发言人随后解释说,莱特富特指的是NASA总预算占联邦预算的比重,而非送人登火星任务的耗资。在阿波罗计划的高潮时期,NASA预算占到了联邦预算总额的4%,而目前的占比只有0.4%。
  美著名阿波罗登月宇航员奥尔德林在报告发布后对一家媒体称,人类登月50周年纪念日是宣布正式启动载人登火星项目的好机会。他希望到2019年7月20日阿波罗ll号登月50周年那一天,无论是谁在担任美国总统,都能正式宣布启动载人登火星项目。他说,届时美国总统可以宣布,美决心领导一项国际项目,在20年内实现载人火星登陆;项目的诸多细节可在2024年前后这位总统卸任前得到明确。这一进度同报告提出的30年代择机送人登火星的设想相吻合。1969年7月20日,在阿波罗11号任务下,奥尔德林和已故宇航员阿姆斯特朗一同踏上月面,迈出了“人类的一大步”。奥尔德林热衷于载人火星探测,并对如何建火星前哨站有自己的设想,曾在2013年撰写了相关书籍。
  另外,博尔登局长1 ON 28日在美国进步中心发表演讲时辩称,NASA正在实现奥巴马总统2010年设定的30年代中期送人去火星的目标方面取得进展。他在随后的问答环节表示,“火星之旅”规划需要多届政府持之以恒的专注。他希望该规划不要因为政府换届而中断实施,称若下届政府在未来三四年里改了主意,“我相信我们就完了”。博尔登说,这不是一个可以推倒重来的时代。他承认NASA眼下的规划本身就是2010年“推倒重来”的结果,但辩称此前的“空间探测展望”规划采取的是一条不可持续的路线。他说,比较起来,新规划给出了一条“明确、可承受、经费上可持续和大胆的前进路线”。
  虽然距派人登火星还有至少20年时间,但NASA和行星科学家已在着手寻找潜在着陆地点。这一方面是出于远期规划的需要,另一方面也是因为需抓紧时间来利用目前已在那里的探测器。10月27日在休斯敦月球与行星研究所开幕的为期4天的首届载人火星表面任务着陆场/探测区研讨会就是要把工程师和科学家召集到一起,帮助确定怎样为未来载人火星探测任务选好着陆场。有很多规划工作是围绕称作“探测区”的一个设想进行的。这一直径200千米的区域也将成为着陆场。对任务规划者来说,一个理想的探测区既要包括有科学价值的区域,又要包括有水冰等资源、能支持人员在那里开展多项考察的区域。不过,虽然会上发表了许多有关潜在探测区的报告,但会议组织者称哪怕是潜在着陆场的初步筛选工作也是若干年之后的事。NASA主管科学项目的副局长格伦斯菲尔德称,这只是对话的开始。
  NASA眼下的载人火星探险规划称为“可演进火星运动”,拟对同一探测区开展多次探测。这同此前拟对不同区域开展探测的设想有所不同。NASA在会上播放了称为“火星表面野外站”的一项方案的视频片,片中的探测区内分布着居住区、一排排的太阳能电池板和推进剂生产厂等设施。该局官员称,他们设想片中的基础设施能通过两三次载人飞行建立起来。


 上文选自《中国航天》,如有需要请查阅该期刊。



 

 

(作者:魏茂岭)
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