超载叽

“啊哒”~嘤嘤怪+硬妹,一个经不起批评的人。科幻文学硕士,星球大战中文网副站长。关注科技、游戏、艺术、美食、历史等领域。曾服务于多家主流媒体,主持过文化、科技、游戏等栏目。 创作,是要发现和体现属于自己的趣味。 此博客登载本人原创文字和编译内容,未经授权严禁转载。 “伏枥骅骝千里志,经霜乔木百年心。”

失落的“阿尔忒弥斯”,美国难返月球

太空竞赛隐含深刻的逻辑:一旦对手有更先进的技术,那么一定有更优越的信仰。

美国国家航空航天局(NASA)重返月球的计划,和名字“阿尔忒弥斯”一样命途多舛。原计划2021年上半年发射,一年后,燃料泄漏、排放管线故障依然难以解决。

希腊神话中,月神阿尔忒弥斯是太阳神阿波罗的姐姐,恋情饱受阿波罗阻挠,最终只能与变为“猎户座”的爱人遥遥相望。

而携带着“猎户座”飞船、屡次“跳票”的“阿尔忒弥斯计划”,还是活在半个世纪前“阿波罗计划”夺目光环的阴影里。

阿尔忒弥斯命途多舛

“阿尔忒弥斯计划”卡在了进度条的第一步。一鼓作气,再而衰,三而竭。“阿尔忒弥斯1号”远不止三次宣布延期发射。

2019年,NASA正式宣布实施“阿尔忒弥斯计划”,目标是在2024年前将美国航天员送上月球,2028年前于月球表面建立永久基地,为登陆火星和深空探测任务奠定基础。

当时的特朗普政府雄心勃勃,明确表示2024年前,一名男性和一名女性将会登上月球,令美国重获太空荣耀。这个震惊世界的计划,实际打乱了正确的步骤:先派遣探测器、机器人,再送人登月。白宫迫使NASA调整优先顺序,造成了计划难产。

月球是“永久性存在”,不会“跑路”。载人登月匆忙上马,只会增加复杂性和成本,收益少得可怜。即使登月成功,一男一女肯定没法像机器人那样,建造庇护所,维护水源,制造氧气和火箭燃料,铺设月面轨道。他们来回至少花费300亿美元,却没法给后续的登月事业提供基础设施。

白宫一年的担保资金就要16亿美元,还只是花销的“小头”。业内人士判断,一旦特朗普没能连任总统,下届政府必然取消这项烧钱计划。然而,2021年2月,拜登政府决定支持NASA,将“阿尔忒弥斯计划”进行到底。

和“阿波罗计划”类似,假如不是苏联发射了第一颗人造卫星,送第一位宇航员进入太空,美国的载人登月项目不可能顺利推进。因为太空竞赛隐含深刻的内涵,一旦对手有更先进的技术,那么一定有更优越的信仰。

中国的探月工程分为“探”“登”“驻”,人称“大三步”。2020年底,“嫦娥5号”月球采样后,成功返回地球。2030年代前,中国将实现航天员登月。就在“阿尔忒弥斯计划”又一次宣布延期发射的同时,中国空间站上神舟十四号乘组航天员开启问天实验室舱门,完成全部既定任务。

2030“大限将至”,美国不得不将“阿尔忒弥斯计划”的实现日期划定在2028年甚至2024年。

政府操之过急,NASA也不是很靠谱。美国政府问责局发现,NASA和太空发射系统(Space Launch System,SLS)主要承包商波音公司,“低估了核心发动机级段制造和装配的复杂性”。

而外包的私人企业麻烦不断。本来,纯粹出于商业利益进入太空的蓝色起源、Space X、毕格罗航宇、维珍银河等公司,推动了“新太空”运动,以低成本、高效率、规模经济的模式,给多年垄断的政府和军事承包商维护的“旧太空”合作关系一记重拳。

政府和社会资本合作的“PPP”模式,却被连绵不断的法律诉讼掣肘。一个诉讼,随随便便就要耗去7个月时间。NASA在2020年与蓝色起源、Space X以及另外一家公司签订了价值9.67亿美元的合同,资助三者开发“阿尔忒弥斯计划”的月球着陆器。

NASA选择了Space X,导致蓝色起源大为不满,一边上告,一边公开批评Space X下一代“星舰”极其复杂、风险太高。近年来,蓝色起源的创始人贝索斯和Space X的创始人马斯克不断“正面对决”:财富榜争夺第一,口水仗频频升级。诉讼期间,NASA暂停了与Space X的合作。

“阿尔忒弥斯1号”的进度,随时可能陷入停滞。

最强大火箭整装待发

21世纪“新太空竞赛”,被几方拖后腿的“阿尔忒弥斯计划”,似乎难以超越“阿波罗计划”的锋芒。1968—1972年间,美国完成了9次载人登月任务,6次成功着陆,共12位宇航员登陆月球。

20世纪70年代,美国本应扩大载人登月的成果,继续探索火星或无垠的宇宙。不过,这类说法更像是太空爱好者的愿望。对于上世纪七八十年代的美国总统而言,优先考虑的主要是越战、石油危机和别乱花纳税人宝贵的钱。

在太空领域,物理学问题等于经济学问题。伫立于发射台等待升空的庞然大物,90%的质量是燃料,8%的质量是金属外壳,送入太空的东西——人和货物,只占总质量的2%。也就是说,载人航天的机制是,把人绑在几根带着上千吨燃料和极少量物品的一次性烟花筒上。50年前,每千克货物的成本就超过1万美元。

所以,在“阿波罗计划”1972年12月最后一次载人登月后,整整半个世纪里,人们还是只能看到宇航员在地球上空区区几千米的地方养蚂蚁、翻跟头。21世纪的太空探索,就是如此令20世纪的人大跌眼镜,毕竟70年代的主流想法是,90年代在小行星采矿,2000年探索木星和土星的卫星。

也不完全是钱的问题。自2003年以来,美国在伊拉克、阿富汗和其他相关战争中,花费了超过4.79万亿美元。粗略估算,相当于至少40次大规模火星任务的成本,足够在火星上建立永久居住点。

如今的美国需要“阿尔忒弥斯计划”显得“再次伟大”。

“阿尔忒弥斯计划”完全围绕“载人”而设计。“猎户座”飞船,由三部分组成。一是乘员舱,可容纳4名宇航员工作和生活;二是服务舱,内有机组人员的生命支持系统,发动机和燃料储备;三是发射中置系统,出现任何意外,系统可以将乘员舱拉到安全地方。

为了完成载人和重型载荷任务,NASA建造的SLS,得名“世界最强大的火箭”,很多方面都超越了“阿波罗”时代的传奇——土星五号。它包括一个货舱,一个勘探上层级(EUS),一个核心级,两个额外的固体火箭助推器。

SLS重达2721吨,其中2358吨是燃料。4台RS-25D发动机,是目前世界最大的阶段燃烧液态氢氧发动机,起飞时最大推力可达39.1MN(兆牛顿),比土星五号的34.5MN高出15%。

据悉,“阿尔忒弥斯1号”的旅程长达209万公里,持续42天。“猎户座”载重54.4千克,内含三个模拟宇航员的人体模型、史努比玩偶等物品。

随“猎户座”进入月球轨道的,还有10颗立方体卫星。去年7月,立方星已经部署在火箭上。发射延迟一年,目前有5颗重新充电。这些立方星携带不同的科研任务,研究微生物、水、氢含量、太阳粒子红外线等不同领域。

立方星成本较低,冗余水平也差,故障率相对较高,有几颗没法完成任务,也在意料之中。

航天飞机改头换面,月球商业化?

美国重返月球,步履艰难,一个更重要的原因是,试错的成本高昂,几乎“浪费”了三十多年的时间。随着2011年最后的三架航天飞机退役,美国甚至失去了将人类送上太空的能力——一度要付给俄罗斯8000万美元,才能将一名宇航员送往空间站。

创建于20世纪70年代初的航天飞机项目,计划做出每两周就能运送一次的廉价低轨运载工具。人人都抱怨,火箭太费钱了,他们没意识到,火箭其实就是把货物发往太空的导弹。NASA就是在美国海军研究实验室和美国陆军弹道导弹局的基础上建立的,后者聘用了被俘的德国导弹专家冯·布劳恩——后来土星五号运载火箭的总设计师。

20世纪60年代,NASA是五角大楼的第六个角。五角大楼发射导弹,从来不会考虑回收等成本问题。但是,电视的普及,让火箭的“奢侈”一目了然,毕竟它不是射向敌人阵营的导弹,说烧就烧完。

航天飞机项目,一开始着眼于回收火箭助推器:从海里捞起来,翻新后再利用。听起来非常节俭,实际情况是,助推器损坏严重,翻新比造新的贵很多。

科学家、科幻作家大卫·布林(David Brin)的小说《油罐农场发电机》(Tank Farm Dynamo)可能说出了一些有识之士的想法,如果把航天飞机的主燃料箱留在轨道上,在太空收集并焊接,美国就能在近地轨道拥有一个低成本的环形设施,产生人造重力,能容纳1000多人。

故事背后的一层意思是,NASA的省钱技能,根本没点对地方。

回收口号下的“降本增效”,严格限制了工程师的创造力。为了重复使用,每次发射的成本增加了大约5亿美元。国会为了政治分肥,把航天飞机各个部件合同分给自己的选区,遍布美国的东西南北,造成了不必要且昂贵的物流费用。

最后算一笔总账,航天飞机项目每次发射,成本大约为15亿美元,足够完成每年六次的火箭载人发射。该项目如此令人费解,把当时的苏联人都吓得不轻。连NASA自己现在也承认,航天飞机项目是个错误。

由于航天飞机是NASA的主要发射装置,大量后续项目均受到影响。根据航天飞机货舱规格设计的、特定尺寸和质量的卫星,只能推迟或取消发射。航天飞机成本超支,挤压了性能更优越的运载火箭技术的研发资金,进而形成恶性循环,导致NASA飞向太空的成本越来越高。

此外,美国政府首脑每隔四年或八年更换一次,NASA必须调整步伐,来适应每一届政府的不同蓝图。反正,从1970年代开始,飞往火星总是“再隔20年,我们来相会”的调门儿。目前拜登政府也是这样描绘的。

航天飞机不是《星球大战》的千年隼那样,地面起飞,瞬间进入太空,它们是需要用火箭送入太空的滑翔机。今天,得到大众青睐的是“太空飞机”,能从地面直接进入低地轨道。

大体上“靠自己”第一架接近外太空的飞机,是美国空军的X-15超音速火箭动力飞机,20世纪60年代服役。X-15先从B-52载机上坠落到13.7千米高度,再上升到50英里以上,飞行员具备宇航员资质。

X-15的成功,启发了21世纪乘坐太空飞机旅行的消费概念。2004年,“太空船1号”是第一架到达太空的私人太空飞机,飞跃了海拔100千米的太空边界“卡门线”。维珍银河、蓝色起源都已经开发类似的项目,让数名乘客在几分钟微重力的环境下,欣赏10万米漆黑太空背景下地球边缘的曲线,这是近地轨道的商业竞赛。

欧洲也有一个前瞻性极强、资金不足的太空飞机方案——云霄塔(Skylon),是英国反作用发动机有限公司设想的单级入轨航天器,从20世纪80年代开始研发。飞机使用一款叫SABRE的混合超燃冲压发动机,也叫合成吸气式火箭发动机。

工作原理是,从大气中抽取氧气作为氧化剂,直到速度达到5马赫,然后切换到储存的氢、氧火箭燃料,以获得更快速度和更高推力。因为一直缺钱,到目前为止也只能进行概念测试。

一切壮举都需要巨大的努力,巨大的努力需要巨大的资金。良好的利润,既是目的,也是结果。对月球探索来说,也是一样。

没有人拥有月球。根据《外层空间条约》(正式名称为《关于各国探索和利用包括月球和其他天体在内的外层空间活动的原则条约》)规定,月球不属于任何人。

就像南极的开发,随着登月成本逐渐低廉,月球将成立一个个科学实验所。当月球上的资源被证明有利可图,所有协议都面临失效的风险,各国和各大公司将争夺最好的“地盘”,并在国际法庭上就《外层空间条约》为自己辩护。等到数万亿美元的利润可以实现,月球终将“商业化”大开发。

地球上的历史就是如此。

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硬周刊

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