自从1969年7月20日,美国耗费巨资筹划的阿波罗计划,计划将宇航员阿姆斯特朗送上了月球后,实现了人类千百年来的飞天梦。而自从1972年来到现在的40多年里,地球上再也没有人类到达过月球。由于登月所耗费的资金过大,所以,但现在世界上许多国家都暂停了载人登月的计划,然而,美国却未曾放弃过登月。
2017年12月,美国总统正式签署太空政策一号指令,要求美国国家航空航天局重启登月计划,这意味着人类开始准备重返月球。不过以目前我们人类拥有的技术水平,登月的话这其中还存在许多难题。当初在阿波罗计划实行的时候,科学家们设想了四种登月方式。
首先是地球轨道不交会,月球轨道不交会形式。
在这个计划里,诺瓦火箭会推动阿波罗飞行器,直接飞向月球,然后航天器开启动力装置进轿运入预定轨道。最后,登月器则借助制动火箭在月球上实现软着陆。这个方案的优点是飞行过程简单,但是它需要一个推力非常大的运载火箭。
理论上我们需要一个五级火箭,第一级需要8个F1发动机,产生总共5440吨的推力。第二节是两个F1发动机,它们的推力是1360吨左右。第三级是一个S2发动机,之后第四级需要6个SN发动机、第五级则是两个LR115发动机,它可以把205吨有效载荷送入地球轨道,或者是把70吨有效载荷送上月球。但是在阿波罗计划里使用的是土星五号火箭,它的第一级也只有一个F1发动机而已。
更重要的是计划里采用的是五级火箭模式,安全性和可靠性都没有足够的技术保障。所以目前,我们还不能使用这个方案。
月球轨道交会计划
在这个方案里,整个登月飞行器由载人飞船和登月飞船构成。
首先,火箭把阿波罗飞行器发射到停泊轨道。经过短暂调整之后,通过月球转移进入环月轨道。之后,载人飞船需要和登月飞船分离,掉转方向后重新对接,让航天员进入登月舱。然后,载人飞船会分出一个小型登月舱,登陆月球。完成登月和月球考察以后,登月舱从月面上升返回月球轨道。和阿波罗飞行器主体交会对接,最后返回地球。
这个方案给人的最初印象是成功率比较小,不过因为只需要让一个小登月舱着陆。所以推进系统也可以设计得很小,空间飞行器的重量会减轻将近一半。事实上只使用一枚土星五C5箭就足够了。最终NASA采用了这个比较经济的登月方式,但是它对运载火箭的运载能力要求较高。为此,阿波罗计划开发了一种新的重型运载火箭。
目前我们如果想采用这个方案,也需要开发一款运载能力更强的运载火箭,那么我们可不可以分批次运载呢?把航天器的重量分散开,这样的话就不需要大型火箭了。有效载荷分成几批运送到月球轨道,然后在环月轨道对接组装。航天员从载人飞船进入登月飞船,通过月面下降级下降到月面。工作结束后,通过月面上升级进入环月轨道,之后,载人飞船进入闭源梁月地返回轨道。
在到达地球附近时,抛掉推进舱,返回舱进入地球大气层,依靠大气阻力减速并开伞降落地面。看起来这种方法的确可行,但是实际上它增加了环月轨道交会的次数。要知道地球距离月球有38.4万公里,地月通信肯定有时间延迟。相比较近地轨道交会对接,月球轨道交会对接困难更大,所以这个方案也无法实行。
地球轨道交会法
在这个方案里,科学家会在近地轨道对接航天器,相比在月轨上对接,在近地轨道拼接的技术难度要小很多。但是在这个方案里,我们需要频繁地发射火箭,消耗许多资源。所以总的来看,这个方案并不实用。
最后有一种是名叫“前期”的方法,也就是在近地轨道和月轨进行两次对接。裂缺
但是它的过程十分复杂,所以阿波罗计划没有考虑这个方案。目前人类已经解决有关登月的大多数技术难题,但近期完全可以实行载人登月计划。但是现在我们还没有办法利用月球上的资源,因此登陆月球的经济效益并不高。也许要等到很久以后,我们掌握了更加先进的技术,才可以真正地利用月球资源的时候,人类才会重返月球。我们也许会建造一个月球基地,创造月球城市或者工厂,在那里开启月球的新时代。