一推再推的阿尔忒弥斯2号载人绕月飞行任务即将要实施了。在3月12日,NASA完成了阿尔忒弥斯2号任务的发射准备评审,按照现在的计划,他们将会在9月19日,将太空发射系统(SLS)火箭与“猎户座”飞船转运至39B发射台,为4月1日的你发射任务做好准备工作。
NASA公布了这次发射任务的7个时间窗口,最早的一个时间窗口是美东时间4月1日傍晚18:24,也就是北京时间4月2日06:24。
这一次任务原本是计划在2月发射的,但是后来由于技术等问题,推迟到3月发射,再后来又取消了3月的发射任务。现在NASA再次公布了阿尔忒弥斯2号载人绕月飞行的时间,如果顺利的话,4名宇航员将会乘坐猎户座飞船前往月球轨道,环绕月球飞行后再返回地球。整个任务周期大约耗时10天时间。
载人绕月飞行有多难
阿尔忒弥斯2号载人绕月飞行任务折腾了这么久都没有发射,发射时间一推再推,那和在近地轨道飞行任务相比,载人绕月飞行任务到底有多难呢?
第一个就是距离的差距。在近地轨道飞行的空间站一般都是在400公里左右的近地轨道飞行,飞船发射升空后,最快只需要3个小时就能抵达空间站完成交会对接,航天员就可以进入空间站内了。而空间站会一直环绕地球飞行,在这个过程中一般不会有什么问题。
而载人飞船将宇航员送上月球轨道的距离很远,起码达到38万公里左右,飞行时间也相当漫长。像阿尔忒弥斯2号载人绕月飞行任务耗时大约10天时间,在这10天时间内,飞船不是在奔向月球的路上,就是从月球轨道返回地球的路上,在这个过程中会存在很多变数,任何一个环节出现问题,都可能会导致任务失败。
第二个是对火箭的要求更高。在近地轨道执行飞行任务时,常规的运载火箭基本上就能完成发射了,而载人绕月飞行任务中,一般的火箭是没法完成的,像美国的载人登月任务需要使用到太空发射系统(SLS)火箭,我们的第一次载人登月任务也要用到长征十号火箭。
因为在近地轨道飞行的飞船一般也就是几吨、十来吨而已,而载人登月、载人绕月飞行的飞船重达20多吨。而且,在载人登月、载人绕月飞行任务中,火箭需要将20多吨的飞船送到月球轨道。这对火箭的推力、可靠性各方面都提出了更高的要求。
而且在飞向月球、从月球返回地球的过程中,飞船需要进行多次精确的变轨,还需要进行制动减速,这对发动机多次点火也提出了很高的要求。
第三个就是控制系统的要求。在近地轨道飞行时,飞船入轨后一般不需要进行大幅度的轨道调整,而去执行绕月飞行任务时,飞船不仅需要在中途修正轨道,在即将抵达月球时还需要进行制动减速把速度降下来才能被月球引力捕获。在返回地球时飞船还需要进行加速摆脱月球引力。
从发射升空到环月飞行,再到返回地球,飞船需要进行很多次变轨等操作,任何一个操作失误,都可能会导致任务失败,甚至可能会导致宇航员回不来。
第四个就是再入时的难度更大。众所周知,飞船从太空返回地球时会受到超过1000℃高温的灼烧。这是因为飞船以极快的速度进入大气层后,气动加热效应会很强烈,外部温度会飙升,整个飞船就像被熊熊大火包围着。
而飞船外部温度的高低和飞船再入地球大气层时的速度有关。进入地球大气层时速度慢一些,气动加热效应就会弱一些,外部温度会低一些,而再入大气层时速度越快,外部温度就会越高。
从近地轨道返回的飞船速度大概就是7.8公里每秒,而从月球轨道返回地球的飞船速度会接近11.2公里每秒,也就是接近地球第二宇宙速度。这意味着,从月球轨道返回地球的飞船需要经受更高的温度的灼烧,外部温度会接近3000℃。
在近地轨道飞行时,飞船如果遇到紧急情况的话,还可以快速返回地球。而飞船飞往月球的路上或者环绕月球飞行、从月球轨道返回地球的过程中,如果出现紧急情况,那不一定能顺利返回地球了。而由于距离很远,发射窗口也很小,就算在月球轨道上遇到紧急情况,地面也没法发射救援飞船去执行救援任务。
从各方面来说,载人绕月飞行任务、载人登月飞行任务的难度系数要远超在近地轨道的载人飞行任务。
载人登月计划重大调整
虽然美国的阿尔忒弥斯2号载人绕月飞行任务蓄势待发,4名宇航员即将出征月球,但是美国载人登月计划又推迟了。
按照之前的计划,在完成阿尔忒弥斯2号载人绕月飞行任务后,美国计划在2027年年中实施阿尔忒弥斯3号任务,发射猎户座飞船将宇航员送上月球,实现宇航员重返月球的。
但是现在新的情况是阿尔忒弥斯3号任务还是按时去执行,不过任务进行了调整,原本登月的任务调整为近地轨道开展系统及运行能力测试,也就是进行月球着陆器的交会对接等相关的测试。在完成这些测试后,美国将会在2028年实施阿尔忒弥斯4号任务,发射猎户座飞船将宇航员送上月球。
从任务的安排来看,其实就是登月时间推迟到2028年,然后在载人登月之前增加一个月球着陆器的交会对接的测试。这一个测试是非常重要的,因为在执行载人登月任务中,飞船、月球着陆器需要进行交会对接,如果不进行这一项测试的话,万一在月球轨道上没法交会对接,那登月的宇航员就回不来了。
而在执行载人登月任务之前进行这一项测试,如果发现存在问题,那还有时间进行改进。不过,虽然美国计划在2027年进行月球着陆器的交会对接试验,但是NASA监察长表示,太空探索技术公司(SpaceX)的“星舰”月球着陆器的研制进度落后了2年时间,后期可能还会继续延期。