人类如何重返月球？

月球 · 2016-10-31 15:20:59

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月球是距离地球最近的天体，但是如何从地球飞到月球并不是一个简单的问题。虽然早在30多年前阿波罗航天员就已经登上月球，但是今天人类重返月球不能简单地重复阿波罗登月的方式。因为今天人类重返月球比当年阿波罗登月要复杂和困难，不仅飞往月球的人数和次数比阿波罗飞行要多得多，而且人们到达月球后不是简单的进行探险和考察，而是要在月球上建造基地，要对月球进行全面的开发和利用，还要在月球上长期地工作和生活。因此人类重返月球，必需新的飞行方式。 　　　　人类飞往月球的方式 　　　　人类飞往月球不能采取“直达”的方式，即用大推力火箭将飞船直接发射到月球。因为这种方式虽然简单方便、容易控制，但需要特大推力的火箭。这种火箭技术复杂，研制困难，不能重复使用，费用非常昂贵。一般认为人类飞往月球的方式主要有三种：地球轨道交会、月球轨道交会和双轨道交会。 　　　　地球轨道交会就是将载人月球飞船一部分一部分地发射到地球轨道上，在地球轨道上通过交会对接，组装成一艘完整的飞船，然后飞往月球。根据火箭运载能力的大小，需要发射的次数少则3次，多则10多次。这种方法虽然不需要特大推力的火箭，但需要在地球轨道上进行多次和反复的交会和对接，不仅不容易控制，而且总的发射费用不低，因此不是最佳选择。 　　　　月球轨道交会是阿波罗登月飞行采用的方式，就是用大型火箭将载有3名航天员的飞船发射到地球轨道，火箭分离后，飞船依靠惯性从地球轨道飞到月球轨道。在月球轨道上2名航天员从飞船指令舱进入登月舱，然后登月舱与指令舱分离。登月舱用制动火箭减速，最后降落在月面上。返回时启动登月舱的上升发动机，在月球轨道上与指令舱会合和对接，航天员从登月舱返回指令舱，然后抛弃登月舱，开动指令舱火箭，从月球轨道飞向地球轨道。再入地球大气层时，将指令舱后的服务舱抛弃，仅剩指令舱溅落在太平洋上。这种飞行方式比较适用于人数较少、飞行次数不多的登月任务。对于登月人数很多、货物运输量很大、在地球和月球之间每年需要来回飞行几十次的登月任务，显然也不适用。 　　　　所谓双轨道交会是美国航宇局为重返月球提出来的新的飞行方式，其特点就是在地球轨道和月球轨道上先后进行两次轨道交会和对接，航天员最后才能到达月球。 　　　　21世纪人类重返月球的目标是在月球上建立永久性月球基地，对月球进行全面的开发和利用，甚至于还有大批的人到月球上去观光旅游。此外月球也是人类开发火星的一个“前沿阵地”，月球还可能成为从地球到火星的一个重要的中转站。因此从地球到月球的飞行方式必须满足这样的发展前景，而双轨道交会可能是比较明智的选择。 　　　　美国的乘员探险飞行器 　　　　乘员探险飞行器（又称为“猎户座飞船”）将采用阿波罗飞船和航天飞机的一些技术，因此在结构上与阿波罗飞船基本相似。乘员探险飞行器长21米、重40吨，由乘员舱、飞离地球级和月球着陆器三部分构成。乘员舱是航天员生活和工作的地方，其外形与阿波罗飞船的指挥舱非常相似；飞离地球级就是一级火箭，用来将飞船推离地球轨道，飞往月球轨道；月球着陆器是航天员从月球轨道下降到月面上和从月面上返回月球轨道的运输工具。 　　　　乘员探险飞行器并不是阿波罗飞船的简单复制品，在一些关键技术上比阿波罗飞船显著进步：第一，乘员探险飞行器体积庞大，乘员舱容积比阿波罗飞船指挥舱大3倍，舱内最多可以容纳6名航天员；第二，乘员探险飞行器在技术上结合了航天飞机和阿波罗飞船的优点，为了使乘员舱能重复使用10次，除降落伞外在乘员舱的底部还装有气垫层，以便于在陆地上着陆时进一步减少冲击力，底部的防热层很容易更换，而阿波罗飞船只能在海上溅落；第三，乘员探险飞行器的月球着陆器可以在月面上的任何地方着陆，特别是可以在月球南极着陆，未来的月球前哨站就将建在月球南极，以便利用那里的水冰，而阿波罗飞船月球着陆器只能在月球赤道附近着陆；第四，乘员探险飞行器可以有人驾驶，也可以无人飞行，因此当飞船在月球轨道上运行时，全部航天员乘坐月球着陆器下降到月面，飞船以无人状态留在月球轨道上运行，而不必像阿波罗登月，必须留一名航天员在指挥舱内，只有两名航天员乘月球着陆器下降到月面；第五，乘员探险飞行器的一项重要任务是在月面上建立前哨站，一旦在月面上建立起前哨站，航天员将在月球前哨站上停留6个月，这时飞船也将在月球轨道上作长期无人飞行；第六，乘员探险飞行器是一种多用途飞船，在近期可以作为国际空间站的运输工具，在航天飞机退役后负责将人员和物资运送到国际空间站上，在新登月计划中负责将4名航天员送到月球并安全返回，在未来的火星飞行中，还可以将6名航天员送上火星。 　　　　另外，乘员探险飞行器比航天飞机安全10倍。因为在飞船乘员舱的顶部装有逃逸火箭，一旦运载火箭出现问题，逃逸火箭可以很快将乘员舱拽出危险区域。而且由于飞船是装在运载火箭的顶部，因此运载火箭在发射时掉下来的一些脱落物不会击中乘员舱，因而可以避免发生哥伦比亚号航天飞机的悲剧。 　　　　俄罗斯的快船号载人飞船 　　　　俄罗斯正在研制的快船号载人飞船，是一种可重复使用的带有机翼的飞船，能乘载6名航天员，其中2名驾驶员、4名乘客。2名驾驶员为职业航天员，一名负责轨道飞行操作，另一名负责返回着陆。 　　　　快船号飞船与联盟号飞船相比有很大的改进，能运载6人和0.5吨重的货物飞往国际空间站，在国际空间站上，它能够与空间站保持一整年的对接状态，从而可以作为国际空间站的常备逃逸舱。这种新型飞船的设计长度为10米，最大直径3米，内部有效空间为20立方米，发射总重量13吨，在太空持续飞行时间可达10天，设计使用寿命为10年，可重复使用25次。由于带有机翼，再入大气时的过载仅有2.5g，因此坐在飞船内的人不会感到不适。该飞船有望在2013年实现首次太空飞行。 　　　　快船号飞船由返回舱、居住舱和服务舱组成。居住舱在返回舱的后边，舱内装有环控生保系统、对接装置和个人卫生设备。服务舱在居住舱周围，像汽车轮胎样，里面装有轨道机动系统、姿态控制系统和动力系统，舱外还装有太阳电池板。当返回舱再入大气时，居住舱和服务舱将被抛弃。 　　　　快船号飞船的外形有些像美国以前设计的“升力体”，因此在再入大气时能提供很好的气动升力。飞船尾部有两个垂直可动舵和一个水平可动舵，因此飞船在降落过程中能左右滑翔飞行500千米远。 　　　　飞船的着陆系统包括三个主降落伞、多台软着陆发动机和一个可充气的气垫装置，使飞船可以在水中溅落。另外，飞船的飞行控制系统可以保证飞船在1平方千米的范围内准确着陆。 　　　　新一代月球着陆器 　　　　月球着陆器在阿波罗飞船上称为登月舱，不过登月舱这个名称容易引起误解。因为月球着陆器不是一个舱，而是一种着陆装置。为与阿波罗登月舱相区别，这里将未来的月球着陆装置称为新一代月球着陆器。 　　　　新一代月球着陆器的作用是：将4名航天员从月球轨道送到月球表面；到达月面以后，当航天员在月面停留期间，月球着陆器还作为航天员的居住舱，供航天员在里面生活和工作；另外着陆器上还装有气闸舱，供航天员完成出舱活动；当航天员完成月球探测任务后，月球着陆器的上升段负责将航天员送回月球轨道，与在月球轨道上的乘员探险飞行器交会和对接，航天员进入乘员探险飞行器并飞回地球。 　　　　新一代月球着陆器能承载4名航天员，前后能完成10天的飞行任务。着陆器装满燃料以后重44.9吨，能将2.7吨的有效载荷从月球轨道送到月面上。着陆器内加压舱的容积是24.6立方米，但居住舱容积仅有13.8立方米。 　　　　月球着陆器在10天的飞行任务中，至少有7天是停留在月面上。在月面停留期间，航天员要完成6次出舱活动。着陆器的气闸舱要保证4名航天员能同时出舱。也就是说，气闸舱内要能容纳4名身穿航天服的航天员。此外，月球着陆器上还装有两辆轻型月球漫游车，供航天员在月面上旅行，完成月球探测任务。（吴国兴）　　　　来源：《太空探索》

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