回月球 去火星
和意气风发、主题鲜明的“阿波罗”计划相比,主导“回月球,去火星”计划的核心动机是如何从航天飞机和国站空间站脱身。美国国会再次祭出“有多少钱、办多少事”(level of effort)的经费预算法宝,不增加航天总署经费。你自己看着办吧!月亮和火星在几亿年内还跑不掉。不必忙,你哪天上去都成。
“回月球,去火星”计划的核心思维是以月球为近地球的训练场所,学习人类在火星长期生活的技能。目前的时程是2018年登月,在月球南极约十个足球场大小的地盘上(约1.25平方公里),建立前哨站。选上南极地区,是因为南极有80%日照20%阴影,能提供居住环境温差的选择。南极阴影地区有由彗星带进深埋地下的水冰矿和其它有用的气体。还有,极低温的南极地面下是太阳系的天然冷藏库,保存着46亿年前太阳系形成初期的原始材料,是研究太阳系起源的关键资料,科学内涵丰富。前哨站搞定后,再派出月球巡逻车,探测附近200-300公里地表,择地盖永久基地,或临时观测站。
人类尚未在月球上过夜。这次回月球要住上7天、一个月、100天或更长,好学习在无氧、无大气层、无农作物耕地的环境条件下生活。
但每次讲到在月球长住,一定要在话没落地,就要说清楚月球只不过是个学习的跳板,火星才是最终极的目的。
目前回月球最大的技术挑战是生产一次性的大推力重型火箭。以二十世纪六十年代“土星五号”(Saturn V,又译为神农)登月火箭为依据,送四个航天员登月,加上足够的补给、建材、月表交通工具和仪器等,火箭得有近150公吨至近地轨道的载重推力。
太空火箭粗略分成两类。最普遍的是发射卫星火箭,另一类则是凤毛麟角、难得一见的是载人火箭。载人火箭要求的安全系数严格,所用原材料都得是甲上特优产品,制造组装过程质量控制精密,最后才能打造出金钢不坏之身,配得上供航天员乘坐。载人火箭的造价可达非载人火箭的十倍。
人们常问,为什么不重新启用以前使用过无数次的“土星五号”载人火箭呢?省钱省事又安全。“土星五号”是美国上次登月的载人主力火箭,能运送近120公吨载重(人和货)到近地轨道。在六十年代,这是美国科技一项辉煌的成就。不幸的是,如前文所言,阿波罗计划结束后,美国不得不关闭“土星五号”登月火箭生产线,以集中财力,发展航天飞机和空间站。兔死狗烹,这项耗费巨资发展出来的超安全的“软卧”载人火箭就如过眼烟云,永远从人间蒸发了。
美国只有再起炉灶,重新设计登月火箭。上次登月,人货不分一起上,造成120公吨载重需求。这次学聪明了,把人和货分开处理,大幅度缩小载人火箭部份,以减低成本。另外发展一个运货到月球的火箭,虽然还是巨无霸,但没有载人条件的苛刻要求,造价也大幅降低。
美国目前正在设计试测的登月载人火箭为“火星一号”(ARES I),近地轨道载重能力为25公吨。载货火箭为“火星五号”(ARES V),近地轨道载重能力130公吨,略胜“土星五号”。
中国在2005年10月12日发射“神舟六号”,使用的是“长征-2F”火箭,近地轨道载重能力约8.5公吨,宇航员费俊龙、聂海胜五天后圆满完成任务。
中国紧锣密鼓,在2007年10月24日由“长征-3A”送上“嫦娥一号”绕月卫星,经过四次地球轨道换轨后,准确地进入月球200公里高度的绕极圆形轨道,打开三维CCD相机,并于11月26日公布第一张月球照片。这是中国首次深太空任务,成就非凡。“长3”和“长2”的载重能力不相上下。
中国中央电视台于2008年4月25日报导,中国将发展“长征五号”火箭,近地轨道载重能力为14公吨,于2014年交货。
人类能登上月球,是火箭载重能力的整体展现。中国正在火箭能力发展的路上,大步向前迈进。
结语
本文粗枝大叶地勾画了人类过去50年主流的载人航天太空活动,未能涉及机器人太空探测领域。人类送出的智能型卫星,从在地球轨道上运行的“哈勃望远镜”和“全球定位卫星”,到登陆火星的“维京人号”、“火星探路者号”、“机会号”、“精神号”,还有目前开往已被除名行星之列的“冥王星”快车,和已漂逸在太阳系以外的“航海者号”等,不胜枚举。很多学者认为,它们才是人类太空探测主力。这是场无止无休的大论战,需以专文处理。