NASA SLS核心级火箭本月将进行关键测试

来源:CNBETA  责任编辑:小易  

  美国火星登陆计划终于揭开面纱,问题是,怎样才能实现这一壮举呢?  随着奥巴马总统重申在20至30年内使人类到达火星的远大抱负,美国火星登陆计划终于揭开面纱。那么问题来了:怎样才能实现这一壮举呢?  “这一明确而又重大的目标将开启美国航空航天史的新篇章:在本世纪30年代将人类送上火星,并安全返回,进一步实现在火星长期停留的最终目标。”美国现任总统奥巴马在10月11日的CNN专栏中写道。  美国宇航局(NASA)已制定出火星旅行计划。乔治华盛顿大学(The George Washington University)太空政策研究所(the Space Policy Institute)的政治学与国际事务名誉教授John Logsdon表示,如果将期限宽裕到2030年底,上述计划是可以实现的。  其他专家则认为奥巴马总统的时间限制过于苛刻。  火星协会(The Mars Society,非营利性组织)主席、《登陆红色星球计划》(The Case for Mars: The Plan to Settle the Red Planet,Free Press,2011)的作者Robert Zubrin说到:“相比于1961年计划将人类送上月球却在八年后才实现目标的我们,今天的我们离火星登陆的目标更近。下一任总统理应制定20年代或2024年登陆计划,不然火星任务将失去动机,太空探索进程也将延缓。”  无论如何,在宇航员整装待发之前,有些问题亟待科学家们解决。  第一步:建立太空载人飞行技术  目前美国依赖于俄罗斯联盟号飞船(Soyuz)将宇航员送至国际空间站。这一状况将有所改变。一些私营太空飞行器制造商正努力研制载人和载货系统:埃隆·马斯克(Elon Musk)的美国太空探索技术公司(SpaceX)致力于开发龙系(Dragon)运载火箭,波音公司也在研发它的CST-100系列火箭。据Logsdon介绍,马斯克说SpaceX的火星运载火箭将于2018年发射。(运载火箭是由火箭推动,将飞船和卫星送往太空的装置。)  第二步:建造更大的太空飞船  Bret Drake介绍,一次火星航行需要飞船能搭载多名宇航员、三年往返火星的供给以及部分货物。他是洛杉矶航空航天公司(Los Angeles-based Aerospace Corp。)的一位工程专家,该公司属于非营利性组织,致力于为联邦政府研究运载设备、卫星系统、地面控制系统及太空技术。  Logsdon补充道:“将飞船上全体成员送上火星意味着飞船必须能够承受更大的载荷,因为需要考虑往返的燃料及物资供给。要知道火星上可没有7-11便利店为返程提供补给。”  第一种策略是建造巨大的飞船;另一个是首先制造多个较小的模块分别发射,再在空间轨道上组装。(一些模块可载人,另一些用于运载供给。)无论如何,我们已经具备基本技术。Zubrin说:“虽然它比我们曾今建造的飞船大,但仍可以运用已有的科学技术。”  目前,Lockheed Martin正在研发可运载四人的猎户座(Orion)飞船,将被安置于重型运载火箭——太空运载系统SLS(Space Launch System)的上方。NASA将运用它进行外太空探索。猎户座飞船已经与2014年12月5日成功完成首次试飞,将于2018年进行绕月飞行。  第三步:建造更大的火箭  大型飞船的深空运载系统需要搭载更大的火箭。NASA计划开展自制火箭的第二次测试,据NASA介绍,该火箭将成为世界最大火箭,并运用到SLS中。SpaceX也在研发Falcon重型火箭,旨在克服较重载荷(包括人类)。  第四步:减速与着陆  到达火星轨道后,就需要在这个红色星球上着陆。在以往任务中,摩擦、热效应和降落伞都可以为飞船减速。但对于重型飞船,降落伞的制动力显然不足。  不过,科学家们在这个问题上取得了进展。例如SpaceX公司展示了用于高速飞船减速的超声波反向推进器,在着陆时借助发动机制动。Drake说:“我们已具备让大型飞船在火星表面着陆的可行方法。”  第五步:解决空间站中长期居住问题  宇航员已经成功实现在国际空间站(International Space Station)中航行数周和数月,说明了长期居住系统的可行性,它为宇航员提供安全用水,进行水处理,以及过滤空气。专家表示,类似的系统也可用于火星任务。  然而,不同之处在于国际空间站位于近地轨道,离地球仅有数小时行程。若有损坏,地球即可展开援救。但在火星是不可能的,因为即使在地球与火星相离最近的情况下,到达火星最少需要6至9个月。  Drake说:“生命维持系统改进的关键在于提高它的可靠度。对于火星任务,一但系统失效,既不能迅速返回地球,也无法完全恢复供给。因而生命维持系统在较长时间内(多年内)应具有可靠性,并保证宇航员能够维修维护。”  第六步:避免致命的宇宙辐射  参与火星任务的宇航员需要抵御两类辐射:太阳质子事件(或称太阳耀斑)和银河宇宙辐射。据Drake介绍,第一种辐射可以通过设置专门的太阳风遮挡设备来消除,比如由生命维持系统的给水系统构成的水墙。(它需要将水墙与饮用水和淋浴用水的供水系统相连。)  银河宇宙射线的遮挡显然更加棘手。在外太空,宇宙辐射强度非常高。然而,Drake表示火星表面探测车好奇号(Curiosity)搭载的火星科学实验室(Mars Science Laboratory)观测到火星表面辐射照射水平和国际空间站上的观测水平相近。Logsdon解释说国际空间站所处的近地轨道位于两个甜甜圈状的地球范艾伦辐射带(Earth‘s Van Allen belts)下方,它们屏蔽了太阳释放的带电粒子和宇宙射线。  Drake提出,可以采取在外太空快速航行的策略,尽量缩短暴露与高强辐射下的时间。他说:“在火星地表远比在外太空安全。”  第七步:去月球演练  根据NASA的火星之旅时间表,在正式开始航行之前,许多长期空间系统将在月地间轨道进行测试。在2018至2030年之间,NASA计划开展在月球附近太空行走的载人航天任务。部分任务或将持续一年,为火星登陆的壮举奠定基础。  计划也包括了从某个小行星采样并改变其运动轨迹。  Logsdon表示,这一计划将为火星任务的各个关节提供测试机会,且离地球较近,以防意外。  第八步:在火星建造房屋  即使到达火星,宇航员也不能立即返航。Logsdon说,到达火星的航行可能需要6至9个月,但只有等到火星和地球运行到相对太阳较一致的位置,才能返航。这样可能需要等待14个月。(为使航行距离较短,应在地球与火星处在太阳同侧而不是两侧时返航。)  他还说道,某种意义上,火星任务的先驱就像16实际海上航行的探险家,远离祖国孤筏重洋。因而在火星建设永久性居所是值得的。  Logdson补充道:“虽然这看上去很难实现,但宇航员的确需要一个家,而不是整天待在宇航服中。电影火星救援(The Martian)中就较真实地描绘出未来的火星住所。”,  美国火星登陆计划终于揭开面纱,问题是,怎样才能实现这一壮举呢?  随着奥巴马总统重申在20至30年内使人类到达火星的远大抱负,美国火星登陆计划终于揭开面纱。那么问题来了:怎样才能实现这一壮举呢?  “这一明确而又重大的目标将开启美国航空航天史的新篇章:在本世纪30年代将人类送上火星,并安全返回,进一步实现在火星长期停留的最终目标。”美国现任总统奥巴马在10月11日的CNN专栏中写道。  美国宇航局(NASA)已制定出火星旅行计划。乔治华盛顿大学(The George Washington University)太空政策研究所(the Space Policy Institute)的政治学与国际事务名誉教授John Logsdon表示,如果将期限宽裕到2030年底,上述计划是可以实现的。  其他专家则认为奥巴马总统的时间限制过于苛刻。  火星协会(The Mars Society,非营利性组织)主席、《登陆红色星球计划》(The Case for Mars: The Plan to Settle the Red Planet,Free Press,2011)的作者Robert Zubrin说到:“相比于1961年计划将人类送上月球却在八年后才实现目标的我们,今天的我们离火星登陆的目标更近。下一任总统理应制定20年代或2024年登陆计划,不然火星任务将失去动机,太空探索进程也将延缓。”  无论如何,在宇航员整装待发之前,有些问题亟待科学家们解决。  第一步:建立太空载人飞行技术  目前美国依赖于俄罗斯联盟号飞船(Soyuz)将宇航员送至国际空间站。这一状况将有所改变。一些私营太空飞行器制造商正努力研制载人和载货系统:埃隆·马斯克(Elon Musk)的美国太空探索技术公司(SpaceX)致力于开发龙系(Dragon)运载火箭,波音公司也在研发它的CST-100系列火箭。据Logsdon介绍,马斯克说SpaceX的火星运载火箭将于2018年发射。(运载火箭是由火箭推动,将飞船和卫星送往太空的装置。)  第二步:建造更大的太空飞船  Bret Drake介绍,一次火星航行需要飞船能搭载多名宇航员、三年往返火星的供给以及部分货物。他是洛杉矶航空航天公司(Los Angeles-based Aerospace Corp。)的一位工程专家,该公司属于非营利性组织,致力于为联邦政府研究运载设备、卫星系统、地面控制系统及太空技术。  Logsdon补充道:“将飞船上全体成员送上火星意味着飞船必须能够承受更大的载荷,因为需要考虑往返的燃料及物资供给。要知道火星上可没有7-11便利店为返程提供补给。”  第一种策略是建造巨大的飞船;另一个是首先制造多个较小的模块分别发射,再在空间轨道上组装。(一些模块可载人,另一些用于运载供给。)无论如何,我们已经具备基本技术。Zubrin说:“虽然它比我们曾今建造的飞船大,但仍可以运用已有的科学技术。”  目前,Lockheed Martin正在研发可运载四人的猎户座(Orion)飞船,将被安置于重型运载火箭——太空运载系统SLS(Space Launch System)的上方。NASA将运用它进行外太空探索。猎户座飞船已经与2014年12月5日成功完成首次试飞,将于2018年进行绕月飞行。  第三步:建造更大的火箭  大型飞船的深空运载系统需要搭载更大的火箭。NASA计划开展自制火箭的第二次测试,据NASA介绍,该火箭将成为世界最大火箭,并运用到SLS中。SpaceX也在研发Falcon重型火箭,旨在克服较重载荷(包括人类)。  第四步:减速与着陆  到达火星轨道后,就需要在这个红色星球上着陆。在以往任务中,摩擦、热效应和降落伞都可以为飞船减速。但对于重型飞船,降落伞的制动力显然不足。  不过,科学家们在这个问题上取得了进展。例如SpaceX公司展示了用于高速飞船减速的超声波反向推进器,在着陆时借助发动机制动。Drake说:“我们已具备让大型飞船在火星表面着陆的可行方法。”  第五步:解决空间站中长期居住问题  宇航员已经成功实现在国际空间站(International Space Station)中航行数周和数月,说明了长期居住系统的可行性,它为宇航员提供安全用水,进行水处理,以及过滤空气。专家表示,类似的系统也可用于火星任务。  然而,不同之处在于国际空间站位于近地轨道,离地球仅有数小时行程。若有损坏,地球即可展开援救。但在火星是不可能的,因为即使在地球与火星相离最近的情况下,到达火星最少需要6至9个月。  Drake说:“生命维持系统改进的关键在于提高它的可靠度。对于火星任务,一但系统失效,既不能迅速返回地球,也无法完全恢复供给。因而生命维持系统在较长时间内(多年内)应具有可靠性,并保证宇航员能够维修维护。”  第六步:避免致命的宇宙辐射  参与火星任务的宇航员需要抵御两类辐射:太阳质子事件(或称太阳耀斑)和银河宇宙辐射。据Drake介绍,第一种辐射可以通过设置专门的太阳风遮挡设备来消除,比如由生命维持系统的给水系统构成的水墙。(它需要将水墙与饮用水和淋浴用水的供水系统相连。)  银河宇宙射线的遮挡显然更加棘手。在外太空,宇宙辐射强度非常高。然而,Drake表示火星表面探测车好奇号(Curiosity)搭载的火星科学实验室(Mars Science Laboratory)观测到火星表面辐射照射水平和国际空间站上的观测水平相近。Logsdon解释说国际空间站所处的近地轨道位于两个甜甜圈状的地球范艾伦辐射带(Earth‘s Van Allen belts)下方,它们屏蔽了太阳释放的带电粒子和宇宙射线。  Drake提出,可以采取在外太空快速航行的策略,尽量缩短暴露与高强辐射下的时间。他说:“在火星地表远比在外太空安全。”  第七步:去月球演练  根据NASA的火星之旅时间表,在正式开始航行之前,许多长期空间系统将在月地间轨道进行测试。在2018至2030年之间,NASA计划开展在月球附近太空行走的载人航天任务。部分任务或将持续一年,为火星登陆的壮举奠定基础。  计划也包括了从某个小行星采样并改变其运动轨迹。  Logsdon表示,这一计划将为火星任务的各个关节提供测试机会,且离地球较近,以防意外。  第八步:在火星建造房屋  即使到达火星,宇航员也不能立即返航。Logsdon说,到达火星的航行可能需要6至9个月,但只有等到火星和地球运行到相对太阳较一致的位置,才能返航。这样可能需要等待14个月。(为使航行距离较短,应在地球与火星处在太阳同侧而不是两侧时返航。)  他还说道,某种意义上,火星任务的先驱就像16实际海上航行的探险家,远离祖国孤筏重洋。因而在火星建设永久性居所是值得的。  Logdson补充道:“虽然这看上去很难实现,但宇航员的确需要一个家,而不是整天待在宇航服中。电影火星救援(The Martian)中就较真实地描绘出未来的火星住所。”www.zgxue.com防采集请勿采集本网。

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        人类始终渴望着探索广阔的太空领域,如今,我们终于准备好把人类送入宇宙。事实上,许多私营公司和政府机构正在为“太空竞赛2.0”做准备,这是一项非常昂贵的竞争,它让我们离发现诸多宇宙之谜的答案、探索我们人类的新领域更加接近。  尽管美国宇航局(NASA)仍在参与竞赛中,但不断变化的优先级和有限的预算已经削弱了其探索太阳系及其他领域的领先地位。与此同时,像美国太空探索技术公司SpaceX和维珍银河公司(Virgin Galactic)这样的私人实体却拥有充裕的资金,他们正加紧努力,试图设计出更好、更大、更快的火箭。  这是一件好事,因为如果人类要在其他星球上找到生命,或者为我们自己寻找新的栖息之地,我们需要做更多的工作。工程师和科学家们需要开发生命支持系统,寻找可靠的水源和燃料来源,克服生活在太空中的负面影响,并找到更快的旅行方式。还有很多事情要做,但是把普通人送到月球或更远的地方似乎已经不再遥不可及。然而,这样的里程碑时间什么时候才会发生呢?人类最终会在陌生的世界中漫游吗?下面就是人类殖民太空的完整时间表:  1.2017年底:重型猎鹰火箭发射  SpaceX计划在2017年底前首次发射重型“猎鹰”运载火箭。由于这种火箭可以重复使用,它可以其他火箭(如Delta IV重型火箭)1/3的成本将有效载荷送入太空。这种较低的前期成本意味着,更多的组织可以在外层空间进行实验。其中一个实验是行星协会(Planetary Society)的光帆2号(LightSail 2)太阳帆,它将于2018年初借助重型猎鹰火箭发射升空。  SpaceX的猎鹰重型火箭配有27个火箭发动机,高达70米、重约1.4吨。虽然其额外重量增加,但有效载荷能力也更强,这种火箭可以将63800公斤设备、货物以及乘客送入地球轨道,这是航天飞机能达到同样高度的有效载荷的2倍还多。  2.2018年:为太空旅游做准备  在2018年,SpaceX计划发射比以往任何时候都多的火箭,将30枚火箭送入轨道(2017年为20枚)。更多尝试为该公司提供了更多的数据,以帮助其完善技术,以更廉价和安全的方式发射火箭。最终,这种廉价且安全的太空飞行将使太空旅行成为可能。事实上,就在今年,SpaceX已经宣布,该公司将在2018年将2名人类进入月球轨道。  珍银河公司正准备在2018年2月底前将其第一批宇航员送入太空。不过,在进行载人发射之前,其航天器将不得不经历一系列的试飞。这架名为“VSS Unity”的航天飞机在2017年早些时候完成了第五次“滑翔飞行”(有别于传统太空火箭的垂直轨道)。在2018年1月份,它将会更接近Karaman线,即地球大气层和外太空之间的官方边界,距离地球表面100公里。  大约在2018年初的同一时间,科学家们将测试光帆2号,这是一种通过利用太阳能光子能量来穿越太空的装置,它不需要燃料罐或推进器。作为公民资助以及由行星协会(推动太空探索的最大非盈利性组织)开发的宇宙飞船,它将证明太阳帆可以将宇宙飞船推进到太空深处。这艘无人驾驶的宇宙飞船将搭载SpaceX的猎鹰重型火箭升空,然后在720公里的高空进行试飞。  3.2019年:太空旅游和观测  由亚马逊创始人杰夫·贝索斯(Jeff Bezos)创办的航天服务公司Blue Origin最近宣布,计划在2019年4月之前将游客送入太空。此次飞行将搭载6名乘客和机组人员,乘客将登上18米长的火箭,到达距地球表面约100公里的太空边缘。一旦到达那里,他们将体验零重力飞行。3个独立的降落伞和一个反推力系统可以保证乘客慢慢地返回地球。  这一体验并不便宜,登上New Glenn号的机票据说要15万到25万美元。然而,毫无疑问,人们会争相登记注册。维珍银河举办的一个竞争性太空旅游项目,据说已经有700人签约。2019年,Blue Origin计划增加两到三级火箭。它们完全可重复使用,最高可达99米,并且能够以相对较低的成本交付有效载荷,与SpaceX的重型猎鹰火箭进行竞争。  美国宇航局也打算在2019年第一季度发射詹姆斯-韦伯望远镜。该望远镜将用红外线观察太阳系,以观察太阳系变化的每个阶段。它最终将比哈勃太空望远镜强大100倍,这要归功于其18个六边形的镜像。詹姆斯韦伯望远镜的直径为6.5米(哈勃望远镜的直径只有2.4米),它能够探测到大爆炸时期星系形成的过程。它还将特别关注于发现能够支持生命的新行星。  4.2020-2025年:“地球依赖”和超越  从寻找液态水到在火星表面土壤中检测有机物的证据,“好奇号”火星探测器已经回答了许多关于火星物质的基本问题。然而,这些信息也引发了更多关于其他因素可能存在的问题。为此,为了确定火星大气中是否存在氧气,“好奇号”的继任者——“火星2020”号火星探测器,将会承载大量的传感器和仪器,让它能够回答这个问题。如果人类能够亲身访问这个红色星球,提前确定氧气浓度的信息非常重要,这有望在2030年之前实现。  如果我们要在其他星球上殖民,还有其他的事情需要准备。NASA已经为此设立了三步走计划:第一,NASA称之为“地球依赖(Earth Reliant)”,我们继续测试在太空生活的可行性,并在国际空间站上进行更多的研究。第二,在“试验场(Proving Ground)”阶段,围绕月球运行的操作将被用来建立使人类安全返回地球的方法。第三,随着这些阶段的完成,我们将最终到达第三阶段——“地球独立(Earth Independent)”,人类在火星上建立自给自足的殖民地。  在人类首次接触月球表面50多年后,美国宇航局正准备发射另一艘载人飞船,以超越月球。宇航员们将登上一艘名为“猎户座”的飞船,这艘飞船将使用NASA的航天发射系统(SLS),它是一种模块化重型运载火箭。SLS与SpaceX的重型猎鹰火箭相似,最大载荷为70至130吨。  首先,飞船将在没有载人的情况下进行几次测试。第一个任务是Exploration Mission-1,预计将于2018年底开始。SLS将发射无人飞船前往月球,进入距月球表面约100公里的轨道,并利用重力将自己推进到从未探索过的太空中。这个任务的目标是为了观察飞船是否能帮助人类在遥远的星球旅行中生存下来。  第二个任务Exploration Mission-2)计划于2021年8月份开始,这将是美国宇航局首次在月球之外进行载人飞行。NASA总部的探索系统开发副主管比尔·希尔(Bill Hill)在2016年NASA博客中说:“在这次任务中,我们将进行一系列测试,目的是展示关键功能,包括任务规划、系统性能、船员界面以及在深空领域的导航和指导等。”  为了获得足够的动力来绕月球飞行,航天器将不得不在地球周围多绕数圈,偶尔还要点燃推进器。在稳定的月球轨道上,“猎户座”将收集数据,并测试飞船的星际飞行能力。  5.2022:改造火星以适合人类居住  尽管美国宇航局将在21世纪20年代探索如何在太空中帮助人类保持健康,但SpaceX计划开始为人类提供殖民火星的基础设施。SpaceX预计将在2022年完成首次546万公里的火星之旅。  在今年早些时候的更新中,伊隆·马斯克(Elon Musk)公布了比NASA太空发射系统更大、更强劲的火箭计划,甚至比猎鹰重型火箭更强大。这种BFR火箭将有足够的空间储存燃料以将人类送上火星,甚至可以在地球城市之间进行快速旅行。BFR火箭最大载荷为150吨,高达106米,将打破目前发射到轨道上的最大载荷(包括货物、燃料和乘客)纪录,同时为每一次发射提供最低的成本。  为了到达月球,BFR火箭将从地球表面发射,并从先前驻扎在地球轨道的燃料库中注入推进剂,然后在轨道上加速,并加注驶向月球表面所需的燃料。SpaceX计划在进入轨道后为火箭补充燃料,以延长其射程和有效载荷能力,使其能够安全返回地球。测试已经表明,在太空中为火箭加注燃料并非不可能。NASA曾于2011年进行了机器人加油任务(Robotic Refueling Mission),成功地完成了在国际空间站公开平台上用机器人驱动推进剂传输的试验。  到2022年,SpaceX预计至少有2艘货船能到达火星,并帮助建立人类栖息地。这些最初任务的主要目标是在火星表面找到可靠的水源。  6.2024年:BFR上的载人任务  在这些货船建立基础设施两年后,SpaceX计划将人类送上火星殖民地。在BFR拥有40个舱室的火星运输模块上,乘客将第一次进行这一史无前例的旅行。马斯克可能会承认,这是一个激进的时间表。《连线》杂志表示,这可能对SpaceX不利:由于行星排列和其他因素的限制,如太阳能需求和燃料限制,地球火星之旅的发射窗口只有几周的时间。这是假设所有其他的部分都完全到位的情况下,更别说目前猎鹰重型火箭以及BFR火箭还都没有成功发射。       如果BFR任务能到达火星,它将包含建造推进剂生产工厂的材料,作为其火星殖民的一部分。该计划将从大气中吸收二氧化碳,并将其转化为使用太阳能的深低温CO4燃料。  7.2025-2030年:太空年  到21世纪20年代初,SpaceX可能已经准备好送人到太空居住,但美国宇航局的态度要谨慎一些。这家美国政府太空机构计划将宇航员送入太空轨道生活一年,以确定人类是否真的准备好生活在完全不同于地球的星球上。       2016年3月,美国宇航局宇航员斯科特·凯利(Scott Kelly)在国际空间站上完成了为期一年的太空驻留任务,目的是测试失重对人体的影响,以及这对未来的火星太空旅行意味着什么。然而,与凯利的任务不同,NASA的2021年任务将把宇航员送入月球轨道。他们将处于“深空通道”中,即类似于国际空间站的小型空间站,作为未来太空任务的测试基地,包括后来的火星任务。它将通过5个早期任务建造,其中4个是载人的。由于不同的昼夜周期和太阳辐射等因素,在月球轨道上生活一年时间对人体的影响仍然是未知的。  8.20世纪30年代:NASA将人类送上火星  在SpaceX载人登陆火星5年后,美国宇航局计划将自己的宇宙飞船送上火星。利用来自好奇号和火星2020探测器的数据和样本,NASA将首先确定人类如何在火星表面维持自己的生存,然后再从“深空通道”发射载人飞船内容来自www.zgxue.com请勿采集。


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