美国登月计划阿尔忒弥斯 (美国登月阿尔忒弥斯最新进度)

阿尔忒弥斯的SLS巨型火箭矗立在肯尼迪航天中心的39B号发射台上,全球媒体都在等着8月29日这枚火箭从这里起飞前往月球,而在1969年7月20日,土星五号火箭载着阿波罗11号飞船就是从它的隔壁39A发射台上点火升空的。

美国登月计划阿尔忒弥斯,美国阿尔忒弥斯什么时候登月

但在8月27日,法国《费加罗报》刊发了一篇文章有些让人费解,标题很简洁:“给中国一个信息”,给中国什么信息?该报是这样描述的:“在短短几年内,中国已经制定了登月计划,还要在月球轨道上设立一个前哨站,这对华盛顿来说是一个严重威胁”、“华盛顿向中国发出了一个非常明确的信息:美国仍有竞争能力”。

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SLS火箭:一个搬运航天飞机零件火箭却延迟了16次

在39B发射台上的SLS火箭着实非常威风,橘黄色芯级加上路两侧两枚白色的助推器,还有顶部的飞船整流罩和逃逸火箭,真有一种阿波罗计划登月现场再现的场景,当然美国媒体也是有意无意的将其和阿波罗登月靠拢,这从美媒发布的摄影作品中就可以看出:

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拍摄视角和取景时机都差不多,显然美媒要把阿尔忒弥斯计划与当年的阿波罗登月相提并论,而SLS火箭和当年的土星五号的运载能力尽管有些差别,但基本已经算是在同一个数量级上了!

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但事实上土星五号绝对要算是一个划时代的突破,而且在50年后的今天依然是前无古人后无来者,韦恩赫尔·冯·布劳恩博士为土星五号设计的F1发动机绝对算得上怪物级,在和前苏联的N1火箭比拼中完胜,但SLS却无法再提到这个高度,因为它的助推器和火箭发动机,全部都是航天飞机时代遗留的产物,那个时代,是在阿波罗11号发射9年以后,也就是1978年!

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航天飞机全家福。从左至右:“哥伦比亚号”、“挑战者号”、“发现号”、“亚特兰提斯号”和“奋进号”

SLS火箭:全部用“二手”发动机,却推迟了16次

SLS虽然被命名为太空发射系统,但它却是一个全部由“二手货”组装起来的火箭,SLS火箭总共有如下几个部分:

  • 1、两枚助推器;
  • 2、芯一级火箭;
  • 3、芯二级火箭;

助推器是五段式固体火箭助推器,其使用的是航天飞机时代的固体助推器系统,而芯一级火箭用的是航天飞机的的三台RS-25氢氧发动机同一款发动机RS-25D,只不过航天飞机用的是3台,而SLS一级火箭用的则是4台,而且更显节约风范的是 先把亚特兰蒂斯号和 奋进号航天飞机的备件用完,然后在未来再用RS-25E的版本。

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不过凭良心说,RS-25的指标还是不错的,这 是一种低温氢氧发动机,推力为189.6吨,(海平面),232.4吨(真空),海平面比冲366秒,真空比冲为452秒,这个参数就算是到现在也不会太落后,比如我国长征五号的一级发动机YF-77,其海平面比冲为316秒,比RS-25还要略低一些。

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芯二级火箭用的是RL10火箭发动机,这是Aerojet Rocketdyne在上世纪60年*开代**发的发动机,尽管一直有在迭代发展,但当2012年NASA选择这款发动机时,其评价是:

RL10是一个非常古老的发动机,有很多与其制造相关的工艺......这就是这项研究将要弄清楚的,是否有必要建造一个RL10替代品?

— 戴尔·托马斯,马歇尔太空飞行中心技术副总监

使用已有的成熟发动机来研发新火箭,这会大大降低工程难度与缩减开发时间,当然更重要的是减少开支,毕竟一枚火箭中,发动机是最重要的,剩下的就是为它们配上氧化剂和燃料贮箱,然后一枚火箭就制造成功了。

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显然NASA就是这么想的,想着美国已经有过一次登月经历,第二次显然是轻车熟路,而且选用成熟产品就是要大幅缩短重返月球这个时间,但显然超出了NASA的预料,从最早的重返月球开始计算,那么是2005年,要是从奥巴马宣布重返月球开始,那么是2010年!

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原计划是从2016年首发,但让人无法预料的是它至少被推迟了16次,比原来的六年计划增加了五年多,而且预算也大幅度增加:

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2011至2021财年,SLS计划资金总额为230.11亿美元,还有上面级(芯二级)火箭开发的15亿美元,另外为SLS组装、集成、准备和发射 SLS 及其有效载荷的成本由Exploration Ground Systems单独资助的,每年为6亿美元,至少保证4次发射,按这样计算,SLS计划的总额费用已经直逼300亿美元。

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不得不佩服开发SLS系统的波音和诺斯罗普的A钱能力,难怪负责 美国空军采购的空军副助理部长卡梅伦霍 尔特少将对美军国防采购方面吐槽美国*器武**购买价格太贵了,中国人花1美元能买到美国人20美元才能买到的东西:

China Acquiring New Weapons Five Times Faster Than U.S. Warns Top Official

中国获得新*器武**的速度是美国的5倍!

“In purchasing power parity, they spend about one dollar to our 20 dollars to get to the same capability.”

“在购买力评估中,他们花费大约1美元就能得到我们20美元的购买力”

这就是 卡梅伦·霍 尔特少将对美国现有体系的评价,而SLS这个旧瓶装新酒的工程,居然搞了12年,花掉300亿美元之后才开始第二次发射。

阿尔忒弥斯:一个帝国时代遗留的计划,庞大到难以复加

阿尔忒弥斯是阿波罗的孪生姐姐,所以从这个计划的名称就可以看出这是一个重返月球的计划,该计划最早是从2005年开始,不过当时叫做“星座计划”,预计在2020年前重返月球,但在2010年时被奥巴马取消,不过火箭与飞船部分被保留了下来,继续开发。

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2017年12月11日,特朗普总统签署了《太空政策指令 1》,正式实施重返月球计划,并且为探索火星奠定基础,该计划之后被正式命名为“Artemis program”,这计划相当宏伟,主要分为几个部分:

1、太空发射系统:SLS火箭

2、载人飞船:猎户座飞船

3、登月飞船:月球着陆系统

4、月球空间站:月球门户

阿尔忒弥斯计划的主要设计思想是非常优秀的,它的基本思路是这样的:

在地月系的拉格朗日L1点将建设一座月球门户,名字不重要,其功能是一个小型空间站,地球来的宇航员乘坐SLS系统装载“猎户座”飞船在这里“停泊靠港”,修整后“择机”登陆月球。

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月球门户

准备登陆月球的宇航员乘坐SpaceX开发的Starship着陆月球,执行登月任务,完成各项月面任务后再返回小空间站“月球门户”。

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猎户座飞船

与地球之间的“航班”定期轮换,而到月球的“航班”也有规划,月球门户成了地月之间的桥梁,当然也可以从月球门户出发前往火星,总之月球门户未来还可以升级成“深空门户”。

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看起来确实非常优秀,因为有了月球门户,大量物资可以在这里中转,并且登月飞船都是重复使用的,未来的登月成本也将大幅降低,并且还兼具了载人火星登陆,NASA设计的系统果然要比阿波罗登月时代的一次性任务要优秀100倍,那么实地展开是怎样的呢?

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到目前为止,ARTEMIS计划有3步伐,其中第一步执行的是太空发射系统(SLS)和猎户座飞船的绕月飞行测试,也就是8月29日的发射活动,这次并非登月,宇航员在发射台周围拍照也就是造造势,根本就是无人登月,当然第一次绕月上宇航员显然是不安全的,也是不负责任的。

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表1

第二步则是在2024年5月,四位宇航员乘坐SLS搭载的猎户座飞船绕月飞行再返回地球,相当于阿波罗10号任务。

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表2

第三步才是正式登月,2025年适当的时候将执行4人登月组,2人登月,2人留在月球轨道看家!至于他们用什么登陆月球,这要表1和表2对照起来看,2025年,星舰会向 Artemis III 交付 Starship HLS,这是SpaceX为阿尔忒弥斯计划开发的月球登陆版星舰,这个结果是这样来的:

  • 1、2020年4月,NASA向Blue Origin、Dynetics和SpaceX提供资金,用于竞争为期10个月的HLS初步设计研究;
  • 2、2021年4月16日,NASA与SpaceX签订合同,使用Starship HLS月球着陆器开发、制造和飞行两次登月飞行;

这个事情还曾以引起一场诉讼,Blue Origin起诉NASA将登月着陆器合同给了SpaceX,其实大家都知道,蓝色起源和Dynetics想要完成着陆器简直就做梦,各位看蓝色起源的大丁丁发射的亚轨道飞船就知道了,只有SpaceX更接近现实,只是马斯克的目标是在有些宏伟,不知道这点时间是否能完成。

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Starship HLS登月版

这是SpaceX为NASA专门设计的登月着陆器版,和星舰的差别是不需要再入大气层,只要在月球这个没有大气层的卫星上降落起飞重复使用即可,其工作流程为:

  • 1、超重型助推器将Starship HLS发射到地球轨道上;
  • 2、在近地轨道上将完成多次加油(同样利用重复试用版星舰完成)
  • 3、加满油的星舰HLS版将飞向月球NRHO轨道;
  • 4、SLS火箭发射猎户座飞船与其会和并完成人员转移;
  • 5、星舰HLS版执行登月任务,完成后将从月面起飞与猎户座飞船对接转移人员返回地球;

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不知道各位有没有发现一个问题,马斯克家的星舰HLS完全可以独立完成载人登月,还要SLS和猎户座飞船干什么?感情NASA只是投点钱赞助马斯克赶紧把星舰搞起来的意思,这是不是利益输送?联邦调查局是不是要对NASA审计一下,到底和马斯克之间有什么猫腻?

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阿尔忒弥斯I

当然到星舰登月之时,月球门户还没开建呢,而在登月成功后,登月门户也将逐渐开始建设,未来从载人登月将变成定期航班,并且将开始建设月球基地,星辰大海的窗户再次或将打开。

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要是这个任务在20年以前执行,笔者毫不犹豫地选择相信灯塔国一定会实现如此伟大的计划,但现在已经是2022年,这个计划执行预计费用是350亿美元,不过按NASA和各个承包商A钱的本事,这个350亿美元x2完全是有可能的,而且到目前才SLS+猎户座火箭而已,连计划的1/3都没有铺开,这个坑实在是太大了。

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中国登月更为务实高效,向火星采样返回看齐

其实在登月问题上种花家还是希望美国能干成,这绝对会成为刺激全球各国的载人航天计划,但无奈这个坑实在太大,至少种花家真没多少信心,就像火星采样返回一样,美国的计划从毅力号开始一直延续到2031年火星采样返回,整整11年的计划,由欧空局和NASA合作:

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上图是火星采样返回的三次发射计划,第一次就是火星登陆毅力号采样,第二次是火星登陆,收集样品+发射样品到火星轨道,第三次是接回样品返回地球;

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其中第三次是欧空局执行的,目前因为俄乌冲突,NASA官员对欧空局是否能按时完成这个计划持悲观态度,NASA官员在接受采访时已经表示,毅力号的样品可能丢在火星上永远都带不回来。

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NASA决定将任务拆分

当然即使先不管欧空局,NASA的第二次计划(收集样品+发射样品到火星轨道),这个任务已经因为确保任务完成而分成了两次发射,一次发射收集设备,一次发个从火星表面起飞的火箭,而任务计划也从2031年延续到了2033年,结果被中国的火星采样返回计划设定的返回时间表整整超前了2年!

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NASA-ESA任务执行流程

火星采样返回要的就是新鲜感,要是中国人真的在2031年完成了火星采样返回,无论带回来多少火星土壤或者岩石样本,那么这个第一件永载史册,第二位是谁?百年之后还有谁会记得NASA曾经执行过一个史无前例的、比第一位中国庞大十倍的计划?

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可以预见的是,阿尔忒弥斯计划和NASA-ESA火星采样返回会遭遇同样的问题,然而中国载人登月计划已经有了时间表,而且很干脆,只有载人登月,没有NASA那么多花花肠子,当然计划规模也更为务实。

中国载人登月:两步走

龙乐豪院士在《科创中国·院士开讲》第十二期节目中公布了中国载人登月计划,时间指向2030年,计划将使用两枚CZ-5DY火箭!《院士开讲》的PPT28页,龙乐豪院士介绍了整个登月计划的内容,其中有非常关键几个内容:

  • 1、研制新一代载人火箭;
  • 2、载人登月时间为2030年前后,可能提早也可能略微延迟;
  • 3、载人登月火箭总共发射两次,在环月轨道对接;
  • 4、登月环节包括:登、巡、采、研、回 四个环节;
  • 5、登月火箭详细技术参数;

其中比较关键的信息是两枚火箭在环月轨道对接,而不是在近地轨道上对接后飞向月球,另一个则是登月环节,包括了:登、巡、采、研、回等。

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我国目前就是缺大推力的运载火箭,用两枚CZ-5DY(CZ-5的登月版)比CZ-9更为务实,毕竟CZ-5还是一个比较成熟的平台,用它的运载能力,2枚火箭完成一次任务还是非常靠谱的,这要比CZ-9火箭更为保险。

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按计划,我们将在2030年前后完成载人登月任务,似乎看起来比美国人的2025年要延迟5年可能还不止,但阿尔忒弥斯计划存在比较大的不确定性,这个计划延迟是必然的,但延迟多久却不太好确定,极端的情况下被中国超前完全有可能。

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我坚持认为美国需要快速登月,一场全新的太空竞赛正在来临,只是现在的对手已经变成了中国 ”,这是NASA局长比尔·纳尔逊在2021年11月9日在电话会议中的发言,也许他将一语成谶。(完)

参考:

https://www.rfi.fr/cn/%E4%B8%93%E6%A0%8F%E6%A3%80%E7%B4%A2/%E6%B3%95%E5%9B%BD%E6%8A%A5%E7%BA%B8%E6%91%98%E8%A6%81/20220827-%E7%BB%99%E4%B8%AD%E5%9B%BD%E7%9A%84%E4%B8%80%E4%B8%AA%E4%BF%A1%E6%81%AF?ref=tw