忘掉小行星，向金星傳送載人飛掠任務

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最近，我收到了美國自然歷史博物館關於他們關於未來太空探索的優秀展覽的新聞稿。我做了一個快速的關鍵詞搜尋：“火星”出現了 14 次；“小行星” 12 次；“月球/月球的” 11 次；“木衛二”和“木星”總共出現 4 次。檢查“金星”的結果是空的。考慮到上述所有世界都令人著迷且在科學上富有成果，我們最近的行星鄰居因其缺席而引人注目。我一直有一個揮之不去的懷疑，即在選擇行星探索目標時，金星在過去二十年中受到了不公平的待遇，特別是來自美國宇航局。

那麼，為什麼不透過將我們最近的行星鄰居新增到美國宇航局的宇航員目的地中來彌補這一排除呢？當他們的新的助推器和航天器技術在未來幾十年投入使用時，他們可以訪問這些目的地。

您會認為，如果規劃人員在美國宇航局的任務規劃會議上提出這個荒謬的提議，他們會被保安立即請出房間。畢竟，我們為什麼要靠近那個地方呢？儘管金星在遠處是一個美麗的球體，像一顆閃耀的晨星或昏星一樣在天邊主宰著一切，但近距離觀察，它卻是一個環境惡劣的世界。“地獄般”通常用來描述其表面狀況，壓力為地球大氣壓的 90 倍，溫度約為 500 攝氏度，足以熔化鉛，即使是加固的著陸器也會很快報廢。如果機器人害怕它，宇航員就更沒有希望了。與金星相比，火星看起來像一個旅遊勝地——即使是月球或小行星上惡劣的環境似乎也很溫暖。還有那充滿硫酸的二氧化碳大氣層和失控的全球變暖，這使得金星真正成為一個噩夢般的顛倒地球，一切似乎都顛倒過來——太陽甚至從西方升起。

然而，也許我並沒有那麼精神錯亂，或者至少我和優秀的人為伍：似乎在 20 世紀 60 年代的太空競賽高峰時期，美國宇航局的工程師們曾認真詢問過將宇航員送往金星需要什麼——不是著陸，而是進行載人飛掠。

任務的歷史，以及那些從未實現的任務

上一次專門針對金星的美國機器人任務是麥哲倫號，它從 1990 年到 1994 年在金星軌道上執行，雷達繪製了 98% 的表面地圖並返回了大量資料。此後，只有其他美國宇航局探測器進行了飛掠，它們利用這個地球大小的世界進行重力輔助和儀器校準。這並不是說太陽系的第二顆行星被完全忽略了。歐洲航天局目前在籠罩著面紗的地球上駐紮了金星快車號。從 1967 年到 1983 年，蘇聯對金星發動了雄心勃勃的攻擊，派遣了一支由軌道飛行器、飛掠器和著陸器組成的艦隊，它們在著陸後幾分鐘到幾小時內隕落之前，對大氣和土壤進行了取樣，並拍攝了地表怪異的照片。

也許這就是為什麼金星似乎已經成為一個太空探索的棄兒，以及為什麼當我看到一份乏味的、177 頁的 1967 年打字提案時，我更加感興趣的原因（pdf），該提案由貝爾康公司的工程師撰寫，該公司是美國宇航局和美國電話電報公司之間的合資企業，於 1972 年解散。該檔案用枯燥的工程師語言寫成，詳細闡述了航天器規格和軌跡，以及在調整土星/阿波羅月球硬體以執行擬議於 1973-74 年發射的三名宇航員金星飛掠任務時需要克服的熱量和輻射問題（例如太陽耀斑、通訊等）。這是一個多麼大膽樂觀的時代，當時人們丟擲了這個甚至更雄心勃勃的提議，例如金星和火星的組合飛掠——這些目標對於後現代的耳朵來說聽起來不切實際。但是為什麼呢？我們是否變得過於務實而無法夢想——過於遵守我們當前的技術、政治和財政限制？

在構思時應該拋開實際限制，我不禁想知道，太空梭計劃結束後美國載人太空任務目前的停頓是否會重新帶來挑戰我們極限的機會。我們正處於類似於 1972 年 12 月阿波羅 17 號（最後一次登月任務）濺落後的情況。儘管在 20 世紀 60 年代樂觀情緒更加高漲，而且我們擁有硬體和專業知識，但不幸的是，即使在尼爾·阿姆斯特朗在 1969 年就人類在月球表面的漫步發表了著名的評論之前，公眾的熱情，以及隨之而來的資金，已經開始消退，從而讓公眾和政治家滿意地結束了我們在與蘇聯的太空競賽中的冷戰“勝利”。

如今，政治和財政狀況似乎更加令人沮喪。而現在，我們甚至沒有本土的技術能力進入，更不用說超越近地軌道（LEO）了。但無論好壞，在某種程度上，財政拮据的美國已經開始建設一個新的太空運輸系統，其在何處的目標由美國宇航局決定——至少到目前為止。除了與紅色星球模糊的、越來越遙遠的未來夢想日期之外，更近的目的地仍然懸而未決。那麼，會是什麼呢？與小行星調情？與月球表面和解？宇航員從月球遠端的拉格朗日點跟蹤月球？

未來就在那時

1967 年關於金星飛掠的報告和其他關於載人行星際任務的提議出現在一系列研究中，例如美國宇航局行星聯合行動小組 (JAG) 在 60 年代初發起的那些研究，這些研究規定了有人駕駛的行星探索——載人行星飛掠任務，將投放機器人探測器——作為測試航天器技術同時完成行星科學的最佳和最經濟的方式。JAG 藍圖制定了在 20 世紀 70 年代和 80 年代進行的飛行員任務，該任務設想使用核熱火箭進行串聯火星-金星飛掠，最終在火星著陸。馬歇爾太空飛行中心的未來專案辦公室及其阿波羅應用計劃 (AAP) 也參與了這一推動。後者於 1965 年啟動，並在太空歷史學家大衛·波特里為美國宇航局歷史辦公室撰寫的《人類去火星》（pdf）中得到了詳細記錄。AAP 由傳奇的美國宇航局局長詹姆斯·韋伯組建的一個工作組產生，以響應約翰遜政府的一項指令，該指令旨在尋找方法來重新配置現有的月球硬體以執行未來的任務。假設我們將繼續建造土星火箭和阿波羅航天器，以獲得長期旅行的技術和操作經驗。AAP 最終因約翰遜和尼克松政府的數千次預算削減而死亡，並最終縮減為天空實驗室計劃——美國的第一個空間站。

因此，到 1970 年，金星——或近地軌道之外的任何地方——都已不可能，即使在那些據稱令人興奮、資金充足的太空探索時代。事實上，那些時代也受到不斷增長的預算赤字、目光短淺的官僚、狹隘的政治家以及理所當然地擔心失業和通貨膨脹、社會動盪以及持續的冷戰和熱戰的民眾的困擾。這一切都讓 20 世紀 70 年代的美國在太空梭的沉重負擔下蹣跚地進入了低軌道，降低了人們的期望。毫無疑問，理想仍然完好無損：太空探索的所有道路最終都通向最困難的地方，即登陸火星——儘管在安全遙遠的未來。而我們現在的情況，大致相同，已經過了 40 多年。

但在所有黯淡的前景中，目前的情況可能提供一個機會。在奧巴馬政府廢除了前任政府的星座計劃和原本為之提供動力的下一代火箭之後，美國宇航局被國會命令，無論好壞，而且主要是為了當地的合同和就業（在經濟衰退時期並非所有壞事），加速開發太空發射系統 (SLS)，該系統命令一種讓人想起土星 5 號的重型火箭，並從星座計劃和太空梭中拯救技術。因此，像 20 世紀 60 年代一樣，技術、探索和科學再次追隨政治，但這一次沒有總統設定的具體目標和最後期限——這種授權促進了更合乎邏輯的方法，該方法為特定需求實施了為之開發的重大下一代設計。有了 SLS，就像合法地命令這樣的規格而不是讓它們演變一樣奇怪，美國將獲得重型運輸能力：早期的 SLS 助推器將把 70 到 100 噸的物體送入軌道，而稍後版本將攜帶約 130 噸的物體——與現在傳奇的土星 5 號的噸位大致相同。

因此，如果美國“困於”SLS，以及一個六人獵戶座乘員艙，它本身概括了阿波羅，但尺寸為超大杯，也許我們應該開始像 1967 年那樣思考，並思考我們可以將其有效載荷傳送到所有地方。從 AAP 研究來看，它調整了阿波羅/土星部件以執行金星和火星任務，美國宇航局的工程師難道不能也調整這種新阿波羅時代的技術以達到類似的目的嗎？

美國航空航天局 (AAP) 的提案，其中一些記錄在 Portree 詳盡的部落格《超越阿波羅》中，範圍從持續 359 天的“簡單”金星飛掠任務，到更為雄心勃勃的火星-金星飛掠任務，該任務將以紅色星球為目標，並利用金星的引力來加速任務的往返。考慮了各種配置。貝爾通訊公司的計劃，已在 YouTube 上被大致動畫化，它使用土星 5 號火箭的第三級作為阿波羅太空艙的助推器和居住艙，這將取代月球著陸器。巧妙之處在於，第三級耗盡燃料後，其燃料箱將成為一個太空站型別的模組，以支援三名宇航員的機組人員。以這種方式使用廢棄的級是天空實驗室的基礎，但不同之處在於，燃料箱在地面上進行改裝，並作為有效載荷發射，而不是作為主動助推器。在金星計劃中，宇航員必須在被助推向金星後從燃料箱中浸出剩餘的燃料，並在出境旅程中沿途建立住所。如果這種維持機組人員的系統奏效，它可能會適用於火星軌道或著陸任務。

預期壽命嚴峻？

當然，生命是太陽系探索的聖盃——而一般的規則是：尋找水，希望在那裡能發現生物或它們的化石。而且，乾燥的金星很可能是一個死寂且致命的世界。但是，月球和小行星也是如此。當然，後兩者的表面可以訪問；金星則沒那麼容易。但即使從上方來看，它也是一個更加動態的地方——它是離地球最近的具有重要大氣層和地質的地方，挑戰了我們關於火山活動、板塊構造、氣候和天氣如何在我們的家園星球上運作的看法。鑑於金星從一個被認為更像地球的世界演變成一個大氣溫室，這些因素並非無關緊要，這也可以作為我們星球潛在氣候命運的警示——儘管在我們動盪的姐妹星球上，一切都更加極端。

根據行星科學家 David Grinspoon 在他的書《金星揭秘》中的說法，我們不應如此草率地將第二行星排除在外，將其作為地外生命的候選者，即使它不符合目前對生命以碳和水為基礎的有限定義。儘管金星是乾燥的，但其活躍的地質和大氣以及化學活動跡象，促使人們提出以下問題：是否可能某種型別的外星有機化學是其中的一部分，像碳基生命改變地球大氣系統一樣影響它？與火星以及更遙遠的木衛二或土衛六相比——後兩者也具有對機器人航天器具有挑戰性的極端環境——附近的金星同樣神秘。雖然它看起來可能不是有機物和生命的理想之地，但它提供了大量的行星科學，毫無疑問，會有很多驚喜挑戰我們的先入之見——而且在我們內行星鄰域中，一切都有可能發生。

但是，如果我們無法在那裡著陸，為什麼還要去呢？

美國國家航空航天局 (NASA) 現在正與 11 個其他國家航天機構合作，重建其深空能力。有一些不具約束力的計劃，在 全球探索路線圖 中概述了目標。該檔案於 2011 年 9 月釋出，描述了一個長期框架，以協調航天機構基於兩種優先目標的方案來開發技術，這兩種方案最終都將實現人類在火星土壤上的足跡：小行星優先和月球優先。每個方案還在引力穩定的拉格朗日點 1 或 2 (L1 或 L2) 增加了一個太空艙，位於地球和月球之間，或在月球之外向下看其遠側，宇航員可以在那裡學習在深空環境中運作，而不會離家太遠。

但是，隨著 SLS/Orion 硬體上線，當我們在太陽系中逐步推進時，為什麼我們要限制自己？如果我們正處於再次躍出近地軌道 (LEO) 的邊緣，為什麼不利用這個第二次機會來擴充套件我們的目標集，並透過將金星新增到混合中，將其視為飛掠甚至載人軌道任務的候選者？

這將是小行星任務之後的合理下一步。前往近地小行星 (NEA) 的“快速”旅行可能不超過 90 天，並使宇航員與地球保持幾個月球距離。2020 年的另一種可能性是往返 NEA，持續約 170 天。金星飛掠的持續時間至少是其兩倍，但仍短於美國宇航局最短的火星往返情景，為期 545 天，僅在表面短暫停留。此外，小行星是難以捉摸的目標。如果我們錯過特定小行星的發射視窗，下一次可能要過幾年才會出現。金星以其非常圓的軌道保持著規律的時間表——我們始終知道它會在哪裡。

在此時間範圍內，在前往月球、小行星或 L2 或它們的任意組合以開發運輸、居住和著陸系統之後，下一步將是火星。但是，要到達那裡，仍然將是一次巨大的飛躍——在火星上著陸與在月球上著陸完全不同——或任何其他中間目的地。隨著這種著陸技術的發展，可以插入一個步驟來測試運輸和居住系統，進行類似於阿波羅 8 號的長途旅行——這是首次載人繞月飛行，也是在月球著陸器準備就緒之前對阿波羅航天器和機組人員進行的一次重大測試。

繞金星航行將測試我們在深空中運作、進入行星引力影響、為金星相對靠近太陽的高輻射建立強大的遮蔽、為長時間飛行設計零重力策略的能力——所有這些都將支援我們進行更長的火星之旅。此外，對於長期的任務，我們可能不希望讓宇航員在火星上著陸，結果發現他們無法行走，他們的肌肉在到達時已經退化。相比之下，長途金星往返的機組人員不會降落在遙遠的行星上，而是返回地球，如果需要，可以隨時獲得醫療護理。飛掠或繞金星軌道飛行也可以攜帶科學儀器，就像阿波羅航天器在後來的月球飛行中所做的那樣。

這樣的飛行可以利用 SLS 的 130 噸有效載荷迭代，將一個帶有輻射遮蔽和補給的乘員艙，以及一個獵戶座飛船送入軌道。或者，它可以改編 1967 年的計劃——使用土星第三級作為居住艙——用於新的 SLS 上級。變數很多，但如果具有足夠的推進能量，一些使用所謂的霍曼轉移軌道的往返飛掠可能只需六個月的時間。在這裡，我將軌道力學交給工程師們(pdf)；1967 年的計劃將任務定為 359 天。（與直覺相反，由於軌道力學的變化，某些前往較近天體的旅程比前往較遠天體的旅程花費的時間更長。對於不規則軌道的小行星尤其如此。）

金星一瞥

儘管在金星的短暫訪問不會給宇航員足夠的時間來獲得科學上的意外收穫，但他們可以在環繞時部署機器人著陸器和軌道器。然而，真正的額外收穫將是體驗式的——既作為技術測試平臺，又透過系統地進入內太陽系來推動人類探索的邊界。透過為 NASA 的探索計劃採用更靈活、漸進的路徑，並增加這個最終以在火星上著陸為終點的中間步驟，我們不僅將獲得適用於火星訪問的寶貴經驗和技術知識，還將為進一步的人類內太陽系探索開闢道路。這可能包括軌道任務，以及未來更遠的飛行，利用第二行星進行重力輔助任務前往火星、小行星，甚至更遠的目的地。最後，這樣的冒險可以激發公眾的想象力，提高我們對太空飛行能力的信心，並進一步發展太陽系科學，同時作為我們最終冒險——火星任務的預演。

因此，如果那時或現在都不是進行認真深空載人探索的好時機，以全面涵蓋內太陽系所有要去的地方，那麼何時才是好時機呢？任何偉大的文明都能同時應對危機和進步。因此，前進到月球、小行星和火星——但為什麼不也去金星呢？