月球基地向我们招手

周武 文并供图

“战神”-1火箭从肯尼迪航天中心发射

“战神”-5火箭发射

“战神”-5火箭将地月转移火箭和月球着陆器送入地球轨道

地月转移火箭和月球着陆器与“猎户座”飞船对接

美国前不久宣布，力争在2015年让宇航员重返月球，并在月球上建立科研基地，为此，美国宇航局制定了重返月球的“星座”计划。计划的内容是在月球上建立永久基地，并以此为跳板，为人类登陆火星甚至探索更遥远的太空做准备。

 

在月球上找个支点

2006年12月4日，美国宇航局在位于约翰逊航天中心，公开了“星座”计划的细节。计划分几步走，首次载人月球任务预计2020年执行，先利用运载火箭分别将载人飞船、月球着陆器等发射到近地轨道，在轨道上组装后奔赴月球，使用月球着陆器将四名宇航员送往月球，宇航员将在月球表面停留一周。随后，月球基地将逐渐扩建，电力供应、移动月球车及宇航员的居住区都将陆续建成。宇航员分组轮换进出月球，每组宇航员每次在月球停留最多六个月。

在月球的何处建立基地就像在地球上盖房子一样，关键是选址。按照重返月球的蓝图，美国将在月球南极或北极附近建设一个以太阳能为动力的月球基地。因为月球两极日照时间较长，温度适中，这对需要利用太阳能的各种设备来说很重要，能够更好地利用太阳能为月球基地提供电力。理想地点之一是位于月球南极的沙克尔顿坑，那里几乎永久得到日光照射，旁边还有一个可能蕴藏水冰的永久黑暗区。在载人月球任务之前，美国宇航局计划执行一系列的无人探月任务。其中，2008年发射月球探测轨道器，带有激光高度计和其他仪器，将制作一张精确的月球立体地图。

上个世纪60年代，航天工程师们在策划首次登月时遇到的最大的技术难题就是如何在月球上着陆。最终，确定采用月球轨道会合方案：探月航天员和需要的所有设备将被一枚土星5号火箭送上太空。离开地球轨道后，火箭第三级将朝月球飞去。进入月球轨道后，阿波罗号的指令舱和服务舱与登陆器进行分离。两名航天员将乘坐登陆器登陆月球表面，一名航天员留守指令舱。登陆器返回月球轨道后，将与指令舱结合，载着航天员返回地球。

　40年后，美国宇航局的工程师也遇到了类似的选择，新的登月步骤大致上和阿波罗登月程序一致，但由于重返月球需要携带更多的航天员和科学设备，其中又加入一些新的方案。

　新的登月之旅中，一枚推进力强大的火箭将把登陆器和载货舱送上太空，之后另一枚较小的火箭再把飞船送上太空，分别进入地球轨道后，飞船将与登陆器和载货舱结合成一体。之后，剩下的过程就大体和阿波罗号登月一样。4名航天员将乘坐登陆器登陆月球，一个星期后，登陆器将离开月球表面，再次和等待在月球轨道上的飞船会合，返回地球。进入大气层之前，原本结合在一起的指令舱将抛弃服务舱，穿过大气层后，它将利用降落伞在陆地上着陆。如果情况紧急，它也能在水上降落。

 

接替航天飞机的新飞船

2003年2月1日，哥伦比亚航天飞机爆炸后，美国宇航局招标设计接替航天飞机的新型航天器——“乘员探索飞行器”，美国几家宇航公司开始竞相设计。最终，洛克希德马丁公司脱颖而出，赢得了价值80亿美元的合同。

2006年8月23日，“乘员探索飞行器”被正式命名为“猎户座”。猎户是古希腊神话中的猎人，由于其腰带上的三颗星，“猎户座”成为最容易辨认的星座之一。

按计划，“猎户座”飞船将在2014年之前承载宇航员往返国际空间站，并在2020年之前运送4名宇航员到达月球。“猎户座”飞船的设计安全指标是航天飞机的10倍，最多可运输6名航天员或3吨左右的货物，实施登月任务最多可运载4名航天员，以后还可以执行登陆火星的任务。

“猎户座”飞船的外形极像20世纪60年代~70年代的阿波罗登月飞船，驾驶舱的入口舱门也在侧面，对接通道在其顶端（用与空间站或登月舱对接）。与阿波罗飞船最大的不同是增加了两个太阳能电池帆板。“猎户座”飞船居住空间比3人座的阿波罗飞船大很多，驾驶舱直径约5米，是阿波罗飞船的2.5倍，而且，驾驶员和指令长的座椅旁边各有窗口。飞船内部装修设计采用往返空间站的6座位式和执行月球任务的4人式两种方案,座位采用可折叠的金属构架形式，以牢固的带子连接。这种设计可以保证着陆期间如果2个降落伞（共3个）未打开，乘员仍是安全的，还可以在太空舱着陆后侧翻的情况下保证宇航员的安全。

“猎户座”飞船也可为国际空间站运送人员

降落在月面上, 与阿波罗登月不同的是，“猎户座”飞船4名航天员全部登陆月球，不需要留人在轨道上接应

完成任务后,从月球起飞

返回地球

打造巨无霸的运载火箭

开发太空，首先要解决的是“登天梯”，即运载工具。技术先进的航天飞机已被证明是既昂贵又不安全的太空运输工具，25年来，五架航天飞机已经损失了两架，剩下的三架每次发射都让人提心吊胆，目前，运载火箭发射一次只需5000万~8000万美元，而航天飞机飞行一次需要3亿美元，美国宇航局只好将目光重新落在了一次性发射的火箭上。

新的火箭名叫“战神”——希腊神话中战无不胜的大英雄。“战神”系列火箭充分继承美国各种火箭和航天飞机技术。“战神”-1用来运送“猎户座”飞船，它的第一级是从航天飞机固体助推器改进而来的5段式固体火箭，二级使用“土星”-5号登月火箭的改进型发动机J-2X，能够把质量超过25吨的载荷送入近地轨道。“战神”1火箭很像中国的长征二号F火箭，火箭顶上有一个像避雷针样的逃逸塔，发射时一旦出现意外，火箭将自行启动逃逸系统，将“猎户座”服务舱和乘员舱送到安全地带。
新型巨无霸火箭“战神”-5高108米，相当于36层楼高，能将130吨的载荷送入近地轨道。它主要运送月球着陆器和月球建设物资等。“战神”-5一级外捆绑两枚航天飞机上采用的可重复使用固体火箭助推器，芯级火箭选用了5台德尔它”-4大推力火箭上的RS-68发动机，地月轨道转移火箭则采用J-2X发动机。月球着陆器是重返月球的关键设备之一，将设计为可在无人驾驶和有人驾驶两种模式下工作，能够快速、安全地在月球上任何地点着陆。

两种“战神”火箭的示意图，右为“战神”-1火箭

“战神”-1火箭结构图

 “猎户座”飞船的设计师们

机器人将大显身手

2006年9月14日，位于亚利桑那州的陨石坑地带突然开进一队人马，100多人带着奇形怪状的机器人在这片沙漠里比划着，其中还有身穿宇航服的宇航员，不明原因的还以为是在拍科幻电影。其实，这批人马是由美国政府、高校、航天工业的科学家及工程师组成的美国宇航局沙漠研究和技术开发小组，他们已经连续9年到这片沙漠进行模拟月球和火星工作训练。

参加演练的除了“侦察员”月球车，还有“人马座”机器人、被称作“运动员”的有六条腿的敏捷漫游者、采样车、负责勘测的小型漫游车等。这次还增加了一个新任务，宇航员和机器人并肩作业，验证新型宇航服，以及机器人协助宇航员执行月球探索任务和建立月球前哨的能力。

试验月球车

月面居住舱

运输船从月面起飞

同样的设备将登上火星

 “星座”计划和未来的你

为了制定“星座”计划，美国宇航局分别向澳大利亚、加拿大、中国、欧洲、法国、德国、英国、印度、意大利、日本、俄罗斯、韩国、乌克兰13个国家的航天局、非政府组织和商业机构1000多位专家咨询意见。因此，这个计划最终将采取国际合作的方式，有效利用全球可用的知识和资源，推动航天发现和探索进入新纪元。各位读者有望在大学毕业后，加盟该计划。

搭建太空城市

火箭对接示意图，以希腊神话中的“战神”来命名，是希望火箭在新航线中能一往无前，夺取胜利

航天飞机

在亚利桑那陨石坑中测试“侦察员”月球漫游车

测试“人马座”机器人的性能

小型漫游车

取样漫游车

测试宇航服手套

与月球车协同工作

在沙漠中试开月球车

模拟采样

会移动的巨型机器人充当居住舱

美国重返月球时间表：
 2008～2010年，进行“乘员探索飞行器”地球轨道的第一次无人飞行。
 2011年6月，进行“乘员探索飞行器”地球轨道的第一次载人飞行。
 2015～2018 年，进行月球表面结构舱(LSAM)第一次无人飞行。
 2016～2018年，进行月球表面结构舱第一次载人飞行。
 2018年，“乘员探索飞行器”/月球表面结构舱系统进行第一次载人登月。
 2020 年，开始规划火星任务。