新型月球軌道空間站如何帶我們前往火星及更遠的地方

深空門戶專案讓在月球軌道上建立人類棲息地和前往火星的跳板的夢想更近了一步

以下文章經許可轉載自《對話》,這是一份報道最新研究的線上出版物。

9月27日,美國宇航局(NASA)和俄羅斯航天局(Roscosmos)簽署了一項關於未來人類探索的共同願景,月球軌道上人類棲息地的夢想向前邁進了一步。該專案是國際空間站(ISS)的後續專案,涉及在地球和月球之間的某個軌道上建立一個設施——這個區域被稱為地月空間。它被視為向更深空探索的跳板,被稱為深空門戶(DSG)。


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美國宇航局正在開發中的新型重型運載火箭太空發射系統(SLS)將使DSG的建造成為可能。俄羅斯的功率較小的質子-M號和安加拉火箭將作為補充。然而,將此描述為純粹的俄美夥伴關係是具有誤導性的,因為其他三個國際空間站合作伙伴(歐洲、日本和加拿大航天機構)也很可能參與其中。

自從1972年阿波羅17號從月球返回以來,還沒有人類冒險離開比“近地軌道”更遠的地方,就國際空間站而言,近地軌道的高度只有400公里。

國際空間站於1998年開始建造,自2000年11月以來一直(通常)由六名宇航員持續駐守。該專案最初計劃持續到2020年,現已延長至2024年,並可能進一步延長。然而,它正在老化——許多人認為它應該早就被替換了。它的成本約為1500億美元。這並不便宜,但總而言之,這大約相當於人類在過去20年裡揮霍在購買口紅上的花費。

我們預計DSG的價格標籤會與之相當或更高,DSG計劃於2020年代中期開始組裝,前提是NASA能夠及時準備好其重型太空發射系統,儘管其資金狀況不穩

軌道

DSG之所以得名,是因為它位於地球引力井的最深處之外,也就是地球引力場最強的部分,這意味著從那裡發射任務所需的能量更少。這使其成為人類探險隊前往月球表面以及更遠的火星等目的地的絕佳中轉站。它還可以作為初步檢查(以及出於行星保護目的的隔離)從火星或其他天體帶回的樣本的接收設施。

與國際空間站不同,DSG不會持續有人居住。目前的計劃是,最初每年由四名宇航員進行一次為期42天的訪問。當無人居住時,DSG上的儀器可以繼續收集有用的科學資料,尤其是在靠近月球時。它不會被放置在低月球軌道上,而是放置在地球和月球之間引力達到平衡的特殊空間點。這使其可以沿著“近直線暈輪軌道”(見下方影片)執行。從月球的角度來看,DSG將反覆掃過一個極點的低空,為科學測量提供絕佳的機會。

在其他時間,DSG可能會位於更遠離月球的位置,在月球-地球線上一個被稱為L₂拉格朗日點的位置周圍形成暈輪軌道。這裡的引力平衡使得“停泊”一艘宇宙飛船進行觀測成為可能。

然而,這些軌道只是準穩定的,因此需要進行一些調整,以保持DSG在這些配置中,而不會漂流到其他地方。加拿大航天局建議使用太陽帆來完成大部分工作,而不是使用推進器燃料。我認為這是一個好主意,因為太陽帆透過輻射壓力獲得推動力,而尚未進行充分的試驗以測試其潛力——因此這是一個評估如何最好地使用它們的機會。除了在太陽系中機動外,太陽帆有一天可能會將探測器推向最近的恆星

競爭

DSG仍然離現實很遙遠。然而,它是國際空間站之後的下一個合乎邏輯的步驟——而且,鑑於地球上各國之間的爭吵,任何長期的跨國空間合作企業都必須是一件好事。儘管如此,它可能不會很快將我們帶到火星——政府資助的專案往往資金緊張,這意味著這些計劃可能會落後於像埃隆·馬斯克和他的超重型星際運輸系統或BFR這樣的私營企業努力。

這只是馬斯克的第一步。在阿德萊德舉行的國際宇航大會上,他透露了自己在2022年建立月球基地,隨後將火箭送往火星的雄心勃勃的計劃。

無論它如何實現,再次看到宇航員超越近地軌道旅行肯定會令人鼓舞。像DSG這樣在月球附近的 可翻新平臺將提供許多研究月球(我個人希望在DSG上安裝一臺X射線光譜儀,以繪製月球表面化學元素的分佈)以及地球和太陽之間相互作用的方式。

本文最初發表於《對話》。閱讀原始文章

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