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最终是怎样实现的,人类核实踏足地外行星

2019-09-13 作者:冠亚体育app下载   |   浏览(168)

  探索其他星球,一直人类航天的最大愿望之一。人类在上个世纪登上了月球,并留下了脚印,但这只是个距离地球三十八万公里的卫星,不是一个真正的行星。

“阿波罗”总高29米,重约50吨,由指令舱、服务舱和登月舱3部分组成,发射上升段时还有救生塔。

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“阿波罗”飞船的飞行控制以自控为主,手控为辅。在一些紧急情况下,航天员的手控操纵仍起到了决定性作用,如“阿波罗11号”和“阿波罗13号”就是通过手控安全着陆返回的。

  最初的计划来自于土星五号火箭的设计师沃纳·冯·布劳恩,他所设想的是一个庞大的“远征舰队”,由十艘宇宙飞船和七十个船员组成。而这只远征舰队将在地球轨道上建造,总吨位超过三万七千吨,而其中的绝大部分都是返程的燃料。但随着航天逐渐从想象变为现实,大家逐渐意识到人类的航天发射能力并没有这个计划中的如此强大,这一计划也随之作废。

指令舱为圆锥形,高3.5米,底部直径3.9米,重约6吨。它又细分为前舱、航天员舱和后舱。前舱放置着陆部件、回收设备和姿态控制发动机等;航天员舱为密封舱,存有供航天员生活14天的必需品和救生设备;后舱装有10台姿态控制发动机、各种仪器和贮箱等。指令舱的中央并排放着指令长、驾驶员和飞行工程师等3名航天员的座椅。飞船发射和返回地面时,3名航天员躺在椅子上,其余时间航天员可离座活动。

  方案二则是在计划开展之前几年就发射一个飞船,这个飞船将独立运送加注好燃料的上升飞船(地球返回载具)。在完成长时间探索计划之后的火星宇航员们,将放弃其着陆飞船,并使用提前预置好的上升飞船返回轨道上的登火组合器。

服务舱是一个高6.4米、直径4米的圆柱体,重约25吨,里面装有变轨推进剂和主发动机、3副氢氧燃料电池等,其中变轨主发动机推力达95.6千牛,能把飞船从月球轨道送回地面。

  作者:矛隼工作室

作者:庞之浩(作者为全国空间探测技术首席科学传播专家)

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其实,刚开始美国“阿波罗”工程的总负责人冯•布劳恩及马歇尔航天中心是偏爱另外一种方法——地球轨道对接法,即先发射几枚“土星”火箭,把大型载人登月飞船的几个部分分别送入地球轨道,然后对接起来;对接后的飞船利用自身的发动机加速飞向月球;当靠近月球后飞船掉转方向,启动发动机减速,最后在月面上着陆;当工作完毕后,抛掉这一级发动机,载人飞船部分利用上升发动机离开月球返回地球。他们认为这种方法有两大优点,一是不需要研制超大型运载火箭;二是在地球轨道上对接比较安全,万一对接失败,载人飞船亦可以安全返回地面。但它存在一大问题,即大型飞船在月面着陆的困难。

  出品:科普中国

采用月球轨道对接方案,在技术、时间和资金方面的优点大致如下:

  图为spaceX的火星方案(图源航天爱好者)

经过众多科学家对三种方案进行反复比较、分析,最终的结论是:月球轨道对接法可在1967年10月实现,成本约77亿美元;地球轨道对接法可在1968年7月完成,成本约92亿美元;直接登月法所需资金需要106亿美元,且在1968年10月以前难以实现。所以,事先不被看好的月球轨道对接法最终被认定是载人登月的最佳途径。

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目前,美国计划在2024-2028年载人重返月球,并命名该计划为“阿尔忒弥斯”,她是希腊神话中的狩猎女神和月女神,是太阳神阿波罗的孪生姐姐。为此,美国打造了新一代多用途载人飞船“猎户座”。“猎户座”和“阿波罗”飞船有一些重要相似之处,当然也有许多不同的地方。例如:

  经过重重发展,NASA最终产生了现在的登火组合体计划。登火组合器是一个数百吨的组合飞船,将于轨道上组合建造,然后前往火星。总体而言还算是承接了冯·布劳恩的设想。只不过是飞船吨位越来越小,航天员将在飞船中生存数百天直到返回地球。

在登月方案确定后,研制新型载人飞船就成为登月工程的“重头戏”了。

  图为地火霍曼转移轨道,也是最为节省燃料的轨道(图源航天爱好者网)

今年7月20日是“阿波罗”首次载人登月50周年纪念日。当年“阿波罗”载人登月是怎样实现的?也许有很多读者会好奇,下面我们就从技术上给大家做个介绍。

  如此之多的火星探索方案,其实都寄托了人类试图探索外星的期盼。地球是人类的摇篮,但人类不可能永远在摇篮中生活,NASA的火星计划,或许能够真正助力人类成为一个多行星的物种。

重复使用。“猎户座”的外部防护层可以替换,使该飞船能重复使用,所以能显着降低成本。而“阿波罗”是一次性使用飞船。

  而火星,这个距离地球足够近,又有可能被殖民的行星,是人类自航天时代开始以来就试图征服的对象。

登月舱只需携带小型发动机,所以可以减少燃料携带量。这对于离开月面也有利,而且整个飞船的重量能大大减轻,从70多吨减至约50吨,使“土星5号”火箭可以胜任;

  图为SLS太空发射系统block2型的结构图(图源NASA)

载人登月方案的确定

  图为“地球返回载具”(ERV,Earth Retuen Vehicle)的想象图(图源航天爱好者)

来源:猜你会好奇

  火星与月球截然不同之处的在于距离,地球和火星都在同时距离火星公转,这使得两个星球的距离有时极其远,有的时候相对较近,但是最近的时候也有五千五百万公里。

登月舱质量为14.7吨,直径4.3米,高约7米,由下降级和上升级组成。下降级由下降发动机、4条着陆腿和4个仪器舱组成,用于从月球轨道降落到月面,能把2名航天员送到月球上。上升级为登月舱主体,由航天员座舱、返回发动机等组成,完成任务后航天员乘上升级返回环月轨道与指令舱会合。

  SpaceX在原计划中将建造一个起飞重量高达一万两千多吨的复用超级火箭,进入轨道之后由加油船补给燃料,然后在三个月的行程里抵达火星。其飞行员将在火星着陆,并使用大气中的二氧化碳和水反应形成甲烷,并随后重新加注在其着陆飞行器中,在任务结束时起飞返回地球。

所谓月球轨道对接法就是将1艘载有3名航天员的飞船发射到月球轨道上。然后2名航天员乘登月舱在月面上降落,并出舱进行探险。另1名航天员仍留在指令舱-服务舱组合体中绕月球轨道飞行。返回时,在月面登月舱内的2名航天员启动登月舱上升级的发动机,飞上月球轨道与指令舱-服务舱组合体交会对接。2名航天员进入指令舱后,抛弃登月舱的上升级,脱离月球轨道返回地球。在再入大气层前,抛弃服务舱,仅指令舱在太平洋上溅落。这种方法的好处是只需在月面上降落小型登月舱,但在月球轨道对接的成功与否直接决定了航天员的生命安全。

  每过两年左右,火星和地球就会接近一次,每过15-17年就会最为接近。换言之,每过两年,才会有一个可供发射的发射窗口,16年才能等到一次最佳时机。

电源充足。“猎户座”的服务舱由欧洲航天局研制,在太空飞行时使用太阳能作为动力,而“阿波罗”飞船使用的是电池,因而提供电力的时间十分有限,无法用于建立月球基地。

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