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“阿耳忒弥斯”为何比阿波罗计划更缺乏创新

本文由AI自动翻译。与韩语原文相比可能存在误差。  Read original in Korean →

[비즈한국] 几天前,久违地出现了许多地球人共同仰望月球的时刻。这得益于月全食,月球躲进了遮住太阳的地球阴影中。那一小时里,月亮被染成暗红色,景象非常令人印象深刻。看着许多人久违地一起仰望夜空,回想起我们都是星尘的产物这一事实,感到十分欣慰。内心也非常感谢那轮满月,是它亲自上演了精彩的月食演出,吸引人们看向夜空。不久之后,地球上的所有人将再次共同关注月球。因为即将在时隔半个世纪后,再次执行人类登月的“阿耳忒弥斯”任务。

事实上,原本应该已经执行了。但遗憾的是没能如愿。不得不谈及此事,确实很惋惜。如果一切按计划进行,现在本应愉快地分享阿耳忒弥斯2号载人绕月飞行并平安返回后的后记。遗憾的是,阿耳忒弥斯2号在发射前夕发现了技术问题,最终再次延期。此外,NASA还宣布了针对阿耳忒弥斯任务的大规模调整。随着失望的消息接踵而至,一些科学家担心NASA力推的新一代运载火箭SLS可能沦为“累赘”。人类究竟能否顺利完成再次登月的挑战呢?

阿耳忒弥斯2号原定于去年2月准备发射。但由于发现了氦气罐泄漏问题,发射被迫中止。发射推迟到了3月,但这次也没能成功。在加注了所有燃料并进行最后阶段的“湿彩排”时,倒计时甚至只剩下最后29秒。然而,氦气罐再次出现了类似问题。最终,发射被无限期推迟。如果操之过急,或许能在4月内尝试发射,但既然这关乎宝贵的宇航员生命,谨慎一点也是可以理解的。

最近一次发射尝试中出现的问题并不简单。火箭甚至不得不离开发射台,被运回组装大楼(Rollback)。继1960~70年代的阿波罗任务后,NASA打着新一代火箭的名义,历经长时间开发了太空发射系统(SLS,Space Launch System)。然而,这个SLS却成了令人头疼的问题。

为阿耳忒弥斯任务制造的太空发射系统(SLS)火箭。照片=NASA/Joel Kowsky
为阿耳忒弥斯任务制造的太空发射系统(SLS)火箭。 照片=NASA/Joel Kowsky

阿波罗和阿耳忒弥斯任务最大的区别在于登月的目的。阿波罗时期,月球是最终目的地,而且在月球停留的时间并不长。离开地球的三名宇航员中,只有两人留下了足迹,且仅停留了几个小时到一两天不等,随后便立即返回。

阿耳忒弥斯任务着眼于火星而非月球。其目标是在月球上建造宇航员可以生活数月的前哨基地。因此,与阿波罗时期相比,阿耳忒弥斯任务增加了一名宇航员,并搭载了更宽敞的“猎户座”飞船。

然而,与有效载荷不同,运载火箭SLS与阿波罗时代相比,并未展现出显著的进步。阿耳忒弥斯任务中引人注目且可感知的进步,大多来自猎户座飞船,而非运载火箭。猎户座飞船配备了精细到毫秒的紧急逃生系统,能容纳四名宇航员生活最多21天,并具备现代化改良的生命维持系统和防辐射装置。相比之下,很难找到SLS与阿波罗时期使用的“土星5号”火箭相比有何明显进步。

土星5号火箭向近地轨道最多可运送125吨,向月球轨道最多可运送50吨。而50年后的今天,SLS Block 1B火箭向月球最多只能运送38吨至46吨。因此,仅从运载火箭的最大负荷来看,SLS很难说压倒了当年的土星5号。

更大的问题在于成本过于昂贵。目前NASA计划的最初四次阿耳忒弥斯任务中,每次发射包括SLS发射和猎户座飞船的运营,成本高达42亿美元。这仅仅是单次发射的费用,过去十余年研发投入的成本更是这一数字的十倍。此外,SLS火箭不像SpaceX的猎鹰火箭那样可以回收利用,因此很难找到削减成本的方案。

投入了大量时间和金钱却看不到明显进步,反而更浪费钱,这暴露了NASA的结构性局限。这是因为他们没能走出既有技术遗产的阴影,不敢承担风险大胆创新。起初,NASA认为直接继承土星5号和航天飞机开发过程中积累的技术遗产,比开发全新技术更能节省时间和成本。

但这一假设完全落空了。仅仅照搬旧零件并不能解决问题,因为必须经历重新设计、认证和整合所有部件的复杂程序,以适应新任务。因此,SLS并没有成为结合了过去经验的稳妥火箭,反而因强行将陈旧与新兴技术混杂,导致复杂度进一步放大。

此外,2010年当时,NASA在SLS研发过程中强制要求最大程度沿用现有的合同、投资和人力,这种限制反而被批评阻碍了火箭创新。NASA的火箭开发不仅仅是对太空的挑战,更是支撑当地产业基础和技术人员家庭生计的手段。政客们很难为了创新而放弃选票,去无视现有的产业基础。最终,由于就业等多种政治和现实原因,SLS研发被用于维护NASA既有的产业基础,反而使其停留在老旧技术上,未能实现有意义的创新。

时代的差异也不容忽视。事实上,阿波罗任务时期也发生过许多令人遗憾和惊险的事故。阿波罗1号测试时发生的火灾夺走了三名宇航员的生命;在发射过程中遭遇雷击导致系统瘫痪,甚至还发生过氧气罐爆炸事故。最终,首次载人飞行一直等到阿波罗8号才尝试,而真正的月球着陆则是阿波罗11号实现的。

尽管如此,阿波罗任务看起来更具魄力和冲劲,是因为当时确实如此。那时存在“不能在与苏联的体制竞争中落后”的政治共识,国民对于向NASA航天开发投入巨额税收并没有太大不满。那也是一个将宇航员的牺牲美化为“为国捐躯”的时代。

但现在时代变了。仅以“体制竞争”为由,已无法证明将巨额预算投入航天开发的合理性。人们的关注点变得多元化,甚至不乏批评航天开发是浪费预算的声音。这是一个比过去更珍视生命的时代。不能草率地将人送上未经充分验证的火箭。这是一个在所有风险完全消除之前,必须进行更彻底、更谨慎验证的时代。

阿耳忒弥斯2号至今仍未离开发射台。特别是氦气罐方面频频出现泄漏,引发了顽固的技术问题。最近,不仅是第一级火箭,在上面级也发现了技术缺陷,正在进行处理。由于连续的发射推迟和技术缺陷问题,NASA宣布对阿耳忒弥斯任务进行大规模调整。

SpaceX设计的登月舱外观。照片=NASA/Space X
SpaceX设计的登月舱外观。照片=NASA/Space X

NASA判断SLS火箭的问题在于研发周期太长,且发射次数不够。按照目前的方式,平均只能做到三年发射一次。因此,NASA制定了新目标,即制造更多SLS火箭,力争至少每10个月发射一次,并进行技术验证。这看起来像是要照搬SpaceX通过连续发射来确保稳定性的方式。此外,NASA还宣布将SLS火箭标准化为目前的Block 1B,全部按照统一规格开发。原本的计划是每次发射尝试时都会稍作改进和升级,但为了更快、更频繁地发射,决定不再进行改动,每次发射完全一样的标准化火箭。然而,能否真的做到每10个月生产出一枚庞大的SLS火箭还是个未知数。

NASA原本有着从阿耳忒弥斯3号开始就尝试载人登月的大胆目标。但现在阿耳忒弥斯3号的登月计划已被取消,取而代之的是在近地轨道练习月球飞船的交会对接。阿耳忒弥斯任务正与SpaceX和蓝色起源等民营企业积极合作。虽然尚未确定下次登月会使用哪家公司的着陆器,但预计在阿耳忒弥斯3号任务中,将把飞船送至近地轨道,然后与“蓝月”或“月球星舰”进行交会对接预演。虽然这是验证新型火箭和飞船性能必不可少的流程,但既然已经制造了巨大的SLS火箭,却只进行到近地轨道的预演,是否有必要严肃思考这是否为最优解。

作者池雄培(音译)简介:热爱猫咪与宇宙。儿时在看过《银河铁道999》后,立志要让人们了解宇宙之美。目前担任世宗大学自由专业学部助教,同时从事讲座、撰稿等多种科学传播活动。著有《每天一片宇宙》、《星光璀璨的宇宙科学家们》、《无法前往但可以了解》、《看到宇宙就会浮现出的奇怪问题们》等书,并翻译了《给真正太空旅行者的搭车客指南》、《我为何杀死了冥王星》、《量子生活》、《Cosmigraphic》等作品。

本文由AI自动翻译。与韩语原文相比可能存在误差。
지웅배 천문학자

고양이와 우주를 사랑한다. 어린 시절 ‘은하철도 999’를 보고 우주의 아름다움을 알리겠다는 꿈을 갖게 되었다. 현재 세종대학교 자유전공학부 조교수로 강연과 집필 등 다양한 과학 커뮤니케이션 활동을 함께 하고 있다. ‘천문학자의 쓸모없음에 관하여’, ‘우리는 모두 천문학자로 태어난다’, ‘우주를 보면 떠오르는 이상한 질문들’ 등의 책을 썼으며, ‘나는 어쩌다 명왕성을 죽였나’, ‘퀀텀 라이프’, ‘UFO’ 등을 번역했다.

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