拖了倆月的NASA月球火箭終于****，但再次登月的夢想早已不僅屬于美國自己。——文｜杜晨  編輯｜VickyXiao
很多人可能都有一個相同的夢想：
也許有一天，我們能夠走出地球，踏上太陽系里的其他星球的表面，建立能夠支持大規(guī)模居住的前哨基地，前往更加遙遠(yuǎn)的星系，探索深遠(yuǎn)的太空。
那樣的未來還很遙遠(yuǎn)，但在上世紀(jì)60年代，人類就已經(jīng)通過阿波羅登月計劃邁出第一步了。
而在60年后的今天，美國總算是邁出了第二步：
在多次技術(shù)事故、錯過窗口，所導(dǎo)致的長達(dá)兩個月的推遲后，美國宇航局 NASA 終于在休斯頓當(dāng)?shù)?/span>時間周三11月16日凌晨1:48左右，完成了阿爾忒彌斯 (Artemis) 載人登月計劃的第一枚火箭****，將一顆無人搭乘的飛船送出了大氣層。

圖片來源：NASA
****最初原定于8月29日進(jìn)行，不過由于在當(dāng)天火箭的三號引擎出現(xiàn)了冷卻問題，NASA 決定利用這次事件收集更多的數(shù)據(jù)以便以后使用，取消了****。之后情況并沒有太多改善，過了整整五天，問題仍然沒有完全解決，到了當(dāng)周周六第二個****窗口，火箭燃料裝載又出現(xiàn)了泄漏問題。
之后，阿爾忒彌斯繼續(xù)問題不斷，錯過了一個又一個窗口期。
好在在兩個月之后，所有的問題終于全部解決，天時地利人和總算湊齊，火箭成功****。
截至發(fā)稿，飛船已經(jīng)和火箭成功分體，以高達(dá)5600英里/小時的速度奔赴月球。

圖片來源：NASA
在未來的幾十天里，這艘飛船將利用引力彈弓效應(yīng)沖出地球軌道，飛向月球，進(jìn)入其軌道，完成一系列預(yù)定的測試動作和科學(xué)觀測任務(wù)，然后返回地球。


圖片來源：NASA
正如月亮女神阿爾忒彌斯是太陽神阿波羅的妹妹，NASA 最新的計劃，也是上世紀(jì)著名的阿波羅登月計劃的精神延續(xù)。
自打1969年阿姆斯特朗和奧爾德林的首次登月、72年底阿波羅17號的最后一次成功登月——人類已經(jīng)有整整50年時間，沒有再踏上過月球了。
而這次的登月計劃更加激進(jìn)：NASA 不光要讓其宇航員重返月球，還希望在月球上建立永久基地，為將來登陸火星，以及更復(fù)雜和深遠(yuǎn)的太空探測任務(wù)，奠定關(guān)鍵的基礎(chǔ)。
但目前的情況，和60年前阿波羅計劃問世的時候，區(qū)別很大。在今天，美國早已不是唯一具有載人登月野心的航天技術(shù)超級大國了。
中國不僅已經(jīng)具備了可工作的空間站，也在不久前官宣了登月計劃，并確認(rèn)將在十年內(nèi)具備載人登月能力。與此同時，俄羅斯、印度等航天大國也對月球虎視眈眈。
月球，接下來要熱鬧非凡了。

/ 阿爾忒彌斯1號細(xì)節(jié)全貌 /
2022年11月15日周二，阿爾特彌斯1號 (Artemis I) 從肯尼迪航天中心的39B****臺成功點火****。
這次****創(chuàng)造了兩個“第一”：
首先，這是 NASA 的“空間****系統(tǒng)” (Space Launch System，簡稱 SLS) 火箭的第一次真實****。
SLS 是 NASA 設(shè)計的重型運載火箭****系統(tǒng)，推進(jìn)器基于航天飛機(jī)，并且取代了這一已經(jīng)退役的****系統(tǒng)。SLS 的高度和美國“自由女神像”相近（見下圖）。美國計劃使用 SLS 來****未來10年內(nèi)的外層太空探索任務(wù)，直到更新、更大、更強(qiáng)的新火箭的問世。

在地面點火****的幾分鐘內(nèi)，火箭的幾臺發(fā)動機(jī)燒掉了數(shù)百萬公升的液體推進(jìn)劑和大約100萬公斤的固體燃料，從而獲得高達(dá)4400公噸的推力。它可以攜帶極重的有效載荷（最大46噸），將宇航員送到更遠(yuǎn)的太空中。
綜合公開信息，SLS 火箭的點火****一次的總成本就高達(dá)40億美元。整個 SLS 項目的推進(jìn)至少被推遲了近20次，首次****的時間表已經(jīng)推遲了數(shù)年。

圖片來源：NASA
其次，這也是洛克希德·馬丁和空客兩家巨頭公司聯(lián)合開發(fā)的獵戶座飛船 (Orion) 第一次進(jìn)入太空的飛行。
獵戶座飛船是目前唯一能夠進(jìn)行人類深空飛行的航天器，配備了太陽能電池板、玻璃駕駛艙、自動對接系統(tǒng)、生命支持系統(tǒng)等，可以支持最多6人的機(jī)組。
一個最關(guān)鍵的細(xì)節(jié)在于：這次的獵戶座飛船具備****中止逃逸系統(tǒng)，如果在****上升過程中發(fā)生了災(zāi)難性故障，乘員艙可以被高速彈出，并獨立展開減速傘返回地表——避免重蹈挑戰(zhàn)者號航天飛機(jī)因缺乏逃逸系統(tǒng)而導(dǎo)致全員身亡的事故覆轍。

獵戶座飛船組成示意圖，1=****中止系統(tǒng)，2=乘員模組，3=服務(wù)模組   圖片來源：NASA
就像 SLS 火箭一樣，本來這個飛船的命名也很無聊，叫做“載人探索飛行器”(Crew Exploration Vehicle, CEV)。但是在之前的一次采訪中，某位航天員不小心說漏了嘴，NASA 最后不得不采用了“獵戶座”的名字。
（關(guān)于登月飛船還有個軼事：去年 NASA 跟 SpaceX 簽署合約，批準(zhǔn)了29億美元讓該公司開發(fā)兩艘登月飛船，結(jié)果被貝佐斯的藍(lán)色起源公司提出抗議，導(dǎo)致合作暫停。）
有趣的是，雖然阿爾忒彌斯1號是無人駕駛的，但是這次的獵戶座飛船上確實有幾個乘客……
首先是船長“月尼金·坎波斯” (Moonikin Campos)。它是一個測試假人，任務(wù)就是扮演宇航員，身上有一些人造的“器官”，也安裝了一堆各種各樣的生命維持裝置和輻射傳感器，以便于 NASA 收集整個飛行過程的相關(guān)數(shù)據(jù)，從而提高后續(xù)載人任務(wù)的安全性和舒適性。

這個假人的命名由兩部分組成。名字是“月球” (moon) +“假人” (mannequin) 的合成；姓則取自已故的 NASA 員工阿圖羅·坎波斯。當(dāng)年阿波羅13號飛船出現(xiàn)嚴(yán)重系統(tǒng)故障的時候，這位工程師在地面上設(shè)計了一套緊急應(yīng)對方案，最終成功使得機(jī)上三名宇航員成功安全返回地球。
這次 NASA 用假人的命名來致敬他，也許是希望借點好運氣吧~

Moonikin Campos    圖片來源：NASA
說完船長，再來看另外兩位人形船員。
NASA 工作人員還在飛船上安裝了兩個女性上半身假人模型，分別名為“神圣”(Helga) 和“光明” (Zohar)。它們的任務(wù)是進(jìn)行宇宙輻射防護(hù)的對照試驗：一個穿著 StemRad 公司和洛·馬聯(lián)合開發(fā)的 AstroRad 輻射保護(hù)背心，另一個則不做任何保護(hù)。


至于采用女性模型的理由，是因為在下一次****的時候，NASA 將首次把女性宇航員送上月球（此前所有通過阿波羅計劃登月的宇航員都是白人男性）。NASA 計劃在未來的任務(wù)中同時派遣男性和女性宇航員，因此收集兩種性別特有的健康風(fēng)險的數(shù)據(jù)是至關(guān)重要的。
Helga 和 Zohar   圖片來源：NASA
為了讓船長和兩位船員在宇宙中不寂寞……
NASA 還安排了史努比和小羊肖恩的毛絨玩具陪著他們。

史努比是美國宇航員的老朋友，已經(jīng)不是第一次上太空了，這次它的任務(wù)是作為“失重指示器” (zero G indicator)。
圖片來源：NASA
小羊肖恩則是歐洲宇航局送來搭車的……
圖片來源：NASA
除了主要有效載荷獵戶座飛船之外，阿爾忒彌斯1號還有一個輔助有效載荷，也即10枚立方衛(wèi)星 (CubeSat)。
在SLS 火箭的最后一級和獵戶座飛船分離的同時，這些超小型的衛(wèi)星將被釋放出來。它們各自具備獨立的觀測和測試任務(wù)，比如其中一枚衛(wèi)星專門用于搜索月球冰，另一枚則搭載了太陽帆，任務(wù)是對近地小行星等物體進(jìn)行觀測和接觸。

本次****任務(wù)的立方衛(wèi)星   圖片來源：NASA
釋放立方衛(wèi)星的同時，獵戶座飛船本體則已經(jīng)踏上了前往月球空間的旅程。進(jìn)入軌道范圍之后，飛船的推進(jìn)器將進(jìn)行點火，使其進(jìn)入月球的“遠(yuǎn)距逆行軌道” (DRO，中國的嫦娥5號觀測器也在這個軌道上）繞行飛過月球的黑暗面。
完成環(huán)繞飛行后，獵戶座推進(jìn)器將再次點火，并重返地球大氣層，最終在減速傘的幫助下完成降落。
圖片來源：NASA
此次****任務(wù)的主要目標(biāo)之一也是測試獵戶座飛船的隔熱罩，因為它返回大氣層的速度超過每小時4萬公里，超過了以往絕大多數(shù)宇航器，外表的溫度將超過2800攝氏度。人類宇航員活不活得下來，就要看飛船能否耐得住如此高溫和大氣摩擦了……
獵戶座飛船的隔熱罩    圖片來源：NASA

/ 項目嚴(yán)重超支，充滿不確定性 /
阿爾忒彌斯1號任務(wù)成功與否，很大程度上將決定美國后續(xù)載人登月任務(wù)的執(zhí)行。
目前，NASA 計劃在2024年****阿爾忒彌斯2號，搭載4名人類宇航員進(jìn)行繞月飛行，不登陸月球。該任務(wù)的最遠(yuǎn)飛行地點將達(dá)到距離月球暗面的1.6萬公里處，這也將成為任何人類去到過的距離地球最遠(yuǎn)的地方。
在2025年，阿爾忒彌斯3號將搭載4名人類進(jìn)入月球軌道，其中兩人將乘坐登陸器，踏上月球南極的土地，總停留時間為六天半，然后返回軌道器，再一同返回地球。屆時，女性宇航員將首次在月球上行走，創(chuàng)造一個歷史性的時刻。NASA 認(rèn)為這將有助于提高女性對于太空和 STEM 專業(yè)教育的興趣和熱愛。

阿波羅計劃宇航員  圖片來源：NASA 歷史資料
美國國會曾經(jīng)發(fā)表監(jiān)管報告對阿爾忒彌斯計劃作出批評，指責(zé)項目組使用不成熟的技術(shù)，制定了過于激進(jìn)的時間表，不僅打亂了政府和公眾的預(yù)期，也使得項目面臨額外的技術(shù)風(fēng)險。
目前，阿爾忒彌斯的載人****任務(wù)已經(jīng)推遲了多次，并且預(yù)算嚴(yán)重超標(biāo)。據(jù)估計從2021到2025年，NASA 將為該計劃花費總計530億美元。美國聯(lián)邦政府財務(wù)監(jiān)察曾經(jīng)評價 SLS 項目“不可持續(xù)”，但 NASA 仍在進(jìn)一步開發(fā)載荷更高、推力更強(qiáng)、成本也更加昂貴 SLS Block 2型火箭。
而到了2027年，NASA 計劃****“月球門戶”(Lunar Gateway) 的第一個模組，正式啟動這個永久性太空站的建設(shè)工作。就像天宮是地球的空間站那樣，月球門戶是一個設(shè)計圍繞月球運行的永久性空間站，為來訪的飛船提供對接端口。
建成之后，月球門戶將為宇航員提供居住和后勤服務(wù)。另外，對于之后的深空探索和物資運輸任務(wù)，月球門戶也是一個中轉(zhuǎn)停靠的站點。
由于阿爾忒彌斯計劃本身拖延嚴(yán)重，對月球門戶的研發(fā)進(jìn)展也產(chǎn)生了一定的延期影響。
月球門戶渲染圖   圖片來源：NASA
再過幾年，NASA 計劃在月球南極建立一個地表基地，可以容納最多4名“月球居民”長達(dá)1個月的停留。
另外 NASA 也在開發(fā)敞篷的輕便型月球車，以及封閉加壓的重型月球車，方便宇航員進(jìn)行短途和長距離的月球探索任務(wù)。
考慮到月球的引力比地球小得多，****更重、旅程更遠(yuǎn)的飛行器也更加容易，美國也計劃把月球門戶、月球地表基地，作為對火星進(jìn)行進(jìn)一步探索，甚至載人登陸火星任務(wù)的****場和中轉(zhuǎn)站。目前 NASA 預(yù)計在2030年代將注意力轉(zhuǎn)移到火星任務(wù)上。

月球車示意圖    圖片來源：NASA

/ 登月不再是美國的專屬游戲 /
在上個世紀(jì)，太空競賽一度是美、蘇兩個超級大國之間的游戲。而在載人登月上，美國基本取得了壓倒性的勝利，成為了唯一的霸主。
然而到了21世紀(jì)，美國已經(jīng)意識到了僅靠自己一國的實力很難完成像上世紀(jì)那樣的太空探索創(chuàng)舉。
在2020年，美國與包括澳大利亞、加拿大、日本、法國、英國、烏克蘭、阿聯(lián)酋、韓國、新加坡、以色列等共22個國家和地區(qū)共同起草并簽訂了多邊協(xié)定《阿爾忒彌斯協(xié)議》(Artemis Accords)。
（在阿爾忒彌斯1號的****載荷清單當(dāng)中，也可以找到來自各個締約國航天部門的物資和紀(jì)念品。）

阿爾忒彌斯協(xié)議中文對照翻譯（中國并未簽署該協(xié)議）    圖片來源：NASA
協(xié)議當(dāng)中對于外層太空中的商業(yè)行為的規(guī)定，在一定程度上受到了國際社會的批評。包括俄羅斯官方，甚至一些美國本土的專家，都曾譴責(zé)阿爾忒彌斯協(xié)議“制定了有利于本國的國際空間法”。
比如，NASA 自己宣稱對阿波羅計劃已經(jīng)登月的地點進(jìn)行保護(hù)，相當(dāng)于主張了對于這些月球地表地點的擁有權(quán)，不符合聯(lián)合國《外層空間條約》關(guān)于“月球上不應(yīng)該存在國家主權(quán)領(lǐng)土”的精神和相關(guān)表述。
再比如，阿爾忒彌斯協(xié)議在原則上為民間航天商業(yè)公司在太空中開采并擁有資源材料開啟了可能性。而考慮到美國又是絕大多數(shù)私營航天公司的注冊國，這樣做就違反了《外層空間條約》關(guān)于商業(yè)開發(fā)應(yīng)該得到多邊批準(zhǔn)的要求，也違反了國際上多邊許可證制度的精神。
一個更為關(guān)鍵的事實在于：中國和俄羅斯這兩大和美國實力相近的航天大國，并沒有參與到這個以美國為首的協(xié)議當(dāng)中。
自從2021年以來，中國已經(jīng)成功完成多次天宮空間站的相關(guān)****，目前多個核心功能艙室和模組已經(jīng)成功完成組裝和測試。
在天宮空間站取得優(yōu)秀成績之后，中國的探月工程也受到了更多關(guān)注。
天宮空間站于2022年7月底的構(gòu)型模擬圖   圖片來源：Shujianyang
根據(jù)公開資料，中國探月工程的前三期均已經(jīng)成功完成各項關(guān)鍵任務(wù)：

• 一期工程（繞月）的嫦娥一號和二號探測器分別于2007和2010年完成了任務(wù)；
  
• 二期工程（落月）的嫦娥三號和四號探測器均已成功實現(xiàn)軟著陸，并且釋放了各自攜帶的玉兔一號和二號月球車。并且，鵲橋號中繼通信衛(wèi)星也于2018年成功入軌地月拉格朗日L2點。
  
• 三期工程（返回）的嫦娥五號，于前年在月球風(fēng)暴洋呂姆克山著陸，完成了樣本采集工作，并順利安全返回地球。

而中國探月工程四期已經(jīng)于去年正式立項并進(jìn)入實施階段，主要目標(biāo)是對月球南極進(jìn)行科學(xué)探測，并建立起月球科研站（月球表面或月球軌道）的基本型。
不久前，中國航天科技集團(tuán)宣布了正在研制新一代載人運載火箭和重型運載火箭，用于承擔(dān)載人登月，以及火星、木星和小行星探測任務(wù)的消息。
其中，載人運載火箭將在2030年左右具備將中國人送上月球的能力，而重型運載火箭則將把地月轉(zhuǎn)移軌道的有效載荷提升到50噸，超過 NASA 正在開發(fā)中的 SLS Block 2型火箭的46噸極限****能力。
月球科研站計劃在2030年之前完成建設(shè)，2035年左右完成能源、通訊、導(dǎo)航、遠(yuǎn)程運輸、天地往返等配套系統(tǒng)的建設(shè)。

創(chuàng)意修改   原圖來源：NASA
中俄兩國在今年三月剛剛簽署了國際月球科研站合作項目協(xié)議，并且表示對所有感興趣的國家和國際伙伴開放，從而加強(qiáng)科學(xué)研究交流，推進(jìn)全人類對太空的和平探索和空間資源的有效利用。
根據(jù)《2021中國的航天》白皮書，自從2016年以來，中國已經(jīng)與19個國家和地區(qū)、4個國際組織，簽署46項空間合作協(xié)定或諒解備忘錄，積極推動外層空間的全球多邊共同治理。
據(jù)《環(huán)球時報》報道，盡管前蘇聯(lián)在冷戰(zhàn)期間的載人登月競賽中失敗，俄羅斯始終沒有放棄載人登月的夢想。目前俄羅斯計劃利用多枚“安加拉-A5”大型火箭，分別將在2030年左右將正在開發(fā)中的雄鷹號載人飛船、月球著陸系統(tǒng)、空間拖船等設(shè)備和模組****到太空中，在軌道上完成對接組裝，然后再實施登月。
印度空間研究組織此前宣布，將在明年****“月船3號”探測器，同時加速培訓(xùn)本國航天員，實現(xiàn)獨立將航天員送入太空的能力。該組織負(fù)責(zé)人明確表示，“正在關(guān)注載人登月任務(wù)”。
NASA 這次率先****了阿爾忒彌斯1號任務(wù)，使得美國在登月重啟方面的進(jìn)展暫時領(lǐng)先。然而一個不爭的事實是，登月探月已經(jīng)不再是美國的專屬游戲。
中國載人航天和空間站項目的快速進(jìn)展，以及俄羅斯和印度兩大國的興趣，意味著美國無法再像上世紀(jì)下半葉那樣，穩(wěn)居太空競賽的勝利者寶座。

注：封面圖來自于NASA，版權(quán)屬于原作者。如果不同意使用，請盡快聯(lián)系我們，我們會立即刪除。

*博客內(nèi)容為網(wǎng)友個人發(fā)布，僅代表博主個人觀點，如有侵權(quán)請聯(lián)系工作人員刪除。

fpga相關(guān)文章:fpga是什么

存儲器相關(guān)文章:存儲器原理

塵埃粒子計數(shù)器相關(guān)文章:塵埃粒子計數(shù)器原理