美国重返月球,意图到底是什么?三联生活周刊
美国东部时间4月1日下午6点53分,美国航空航天局(NASA)用自研的太空发射系统(SLS)把4名宇航员送入太空,正式开启了阿尔忒弥斯2号(Artemis II)任务。阿尔忒弥斯计划的最终目标是在2028年再次把人类送上月球,但本次发射不会尝试登月,甚至连月球轨道都不会进入,而是仅仅在地球和月球之间绕一个8字,于10天后返航。考虑到阿波罗宇航员已经访问过月球9次了,其中6次都是登月,为什么还会有那么多人关注呢?答案不在于月球本身,而是后续的一系列计划。
难以到达的月球
人类最后一次登月发生在1972年,但在此后这50多年时间里,人类不但再也没有到过月球,甚至连地球轨道都没有飞出去过,难怪至今依然有很多人坚信阿波罗登月是伪造的。此次NASA重启登月项目,从运载火箭到登月舱再到返回舱似乎都要重新研发,仿佛阿波罗计划从来没有存在过,这是为什么呢?
这个问题要从两方面来看。首先,阿波罗计划留下来的很多设计理念和实践经验都被继承下来了,包括轨道汇合和登月舱分离再对接的思路,以及轨道计算、月球地形和重力场分布等等理论知识肯定也都没有被遗忘。
其次,当年的阿波罗计划属于典型的一锤子买卖,NASA唯一的目的就是让宇航员在月球表面打个卡,然后安全返回就可以了,其余一概不考虑,所以无论是运载火箭还是登月舱的设计原则都是一切从简,能省就省,能扔就扔,安全性能和工作效率也不像现在这么讲究。另外,当年的电子设备非常简单,计算机芯片更耐辐射,宇航员需要手动操控,自动化程度低。相比之下,今天的太空设备自动化程度非常高,安全冗余也比阿波罗时代高得多,对计算机芯片的防辐射能力提出了更高的要求。
最后一位登上月球的人吉恩·塞尔南指挥官(图源:NASA)
另外,阿尔忒弥斯计划的最终目的是为了建造月球永久基地,并为将来可能的登陆火星计划做准备,因此NASA需要大幅提高所有设备的工作效率和可操控性,无论是太空发射系统还是猎户座(Orion)飞船都要具备多次点火的能力,并尽量做到整体移动,而不是像当年的登月舱那样为了减重而在月球上留下一堆垃圾。所有设备还必须为将来可能出现的太空对接需求留下窗口,所有这一切都对设计师提出了更高的要求。
还有一点值得一提,那就是阿波罗计划所使用的土星五号火箭是从头开始设计的,其生产制造所用的承包商有很多都已不存在了。再加上当年很多承包商都是手工作坊,很多工序都是依靠工程师的个人经验来完成的,不少细节都没有传承下来。相比之下,太空发射系统则是用当年的航天飞机系统留下来的发动机重新拼装而成的,这么做可以为NASA节省经费,但因此也就要求设计师需要考虑更多的因素。
土星五号火箭(图源:视觉中国)
话虽如此,阿波罗和阿尔忒弥斯之间的传承断档说明NASA的工作重点一直犹豫不定,这一点既体现了美国体制的弱点,也是任何领域的先驱者所必须付出的代价。当年的阿波罗计划属于政治任务,NASA只能在条件尚不完备的情况下硬着头皮上。如果当年的NASA也像现在这样按部就班地往前走,登月这件事是不可能在1969年就得以实现的。
还有一点必须指出,那就是载人登月的难度远比大家想象的要大得多。首先,人类已经有半个多世纪没有飞出过地球近地轨道了,这个轨道的平均高度约为400公里左右,而月球与地球之间的平均距离约为40万公里,两者相差近1000倍。这就相当于你开车去附近超市买个菜,和你开车从北京去上海是两个完全不同的概念。
其次,月球表面没有大气层,无法借力,所有的降速和位置调整均需通过火箭来实现,不像火星那样可以使用降落伞,所以在月球上实现软着陆的难度一点也不比火星小。再加上这项操作没办法在地球上模拟,只能在实践中通过试错来学习,所以难度就更大了。
阿尔忒弥斯2号猎户座飞船拍摄的背光月球(图源:NASA)
第三,也是最核心的一点,那就是今天的NASA和60年前不一样了,经费也远不如当年那么充裕。阿波罗计划耗资250亿美元,大约相当于现在的2500亿美元,占当时美国联邦政府预算的4.4%。这就是为什么美国前总统肯尼迪(JFK)会说:“我们之所以选择登月,并不是因为这件事很容易,而是因为它很难。”相比之下,阿尔忒弥斯计划迄今为止一共花掉了930亿美元,这个数字仅占美国联邦政府预算的0.5%左右,两者相差悬殊。
当然了,930亿美元也不是一笔小钱。当年的美国之所以决意要登月,唯一的原因就是为了打败苏联,赢得冷战的胜利。那么,今天的美国又是因为什么样的原因再次尝试登月呢?
阿尔忒弥斯2号在美国时间周一下午1:57PM创下了人类距离地球最远的记录--40.6万公里,打破了阿波罗13号创下的40万公里记录。(图源:NASA)
为什么要重返月球?
北京时间4月7日,阿尔忒弥斯2号创造了人类距离地球40.7万公里的最远记录,宇航员终于可以在一张照片里同时拍下月球和地球的全身照了。阿波罗计划则是直接进入月球轨道的,宇航员距离月球太近,无法完整地拍到整个月球。
难道美国政府花了930亿美元仅仅是为了拍一张好看的照片吗?答案当然是否定的。NASA之所以急着重返月球,最大的原因就是美国政府找到一个新的冷战对手,这就是中国。
中国的月球探索计划一直在稳步推进,预计将在2030年尝试载人登月。如果中国仅仅只是派宇航员上去打个卡,还不足以威胁到阿波罗计划的历史地位,但中国的真正目的是在月球上建立一个永久性的人类基地,如果成功的话,美国的太空霸主地位就保不住了。
国际顶级学术期刊《Nature》文章
美国当年凭借阿波罗计划从苏联人手里抢走了太空霸主的宝座,但随后花重金打造的航天飞机计划遭到了惨重的失败,NASA元气大伤。为了重振旗鼓,小布什政府于2004年提出了“星座计划”(Constellation program),准备重返月球,并在月球上建立永久性基地。但奥巴马政府推翻了前任的政策,决定把重点放到登陆火星上来,太空发射系统和猎户座载人飞船都是为了这个新目的而研发的。
特朗普在第一任期内再次推翻了前任的太空政策,重新把登月视为工作重点,开启了阿尔忒弥斯计划。第二任期则强调了公私合营的政策,把很多项目外包给了私营企业,其中获益最多的就是马斯克旗下的“太空探索公司”(SpaceX)。据统计,仅在去年SpaceX就从17家联邦机构获得了将近100份合同,总价值约为30亿美元,其中就包括负责把宇航员从月球轨道送至月球表面的载人着陆系统(Human Landing System)。
不过,SpaceX必须和贝佐斯旗下的“蓝色起源”(Blue Origin)公司竞标该项目,所以马斯克在今年2月高调宣布把工作重点从登陆火星转到了登陆月球。其实明眼人早就看出马斯克的移民火星计划只是一个商业噱头而已,人类距离实现这一目标还差得很远。
要知道,地球和火星之间的最短距离约为5500万公里,是地月距离的100多倍,单程至少需要耗时7个月。再加上火星探测器的发射窗口平均每两年只有一次,登陆火星的宇航员必须做好长期滞留的准备,所以登陆火星之前必须先把火星基地建好,否则就等于慢性自杀。以目前的技术水平,要想把宇航员送上火星再活着送回来无异于天方夜谭。
当然了,NASA并没有彻底放弃火星梦,因为这件事意义非凡,如果能实现的话,其影响力将远超阿波罗登月。于是,NASA决定先拿月球练手,尝试在月球上建立一个永久基地,为将来在火星建立基地积累经验。月球表面虽然很危险,但地下有很多岩浆洞,最大的洞穴甚至可以装下一整座人类城市,很适合建设永久基地。如果在不远的将来有数十甚至上百人在月球上安家,大家不要惊讶。
月球表面的阴影(图源:NASA)


