距離地球 40 萬公里遠,新一代太空站「月球門戶」概念圖吸一波

作者 | 發布日期 2021 年 04 月 26 日 18:46 | 分類 天文 , 航太科技 Telegram share ! follow us in feedly


登月並不是靠著一艘火箭和太空船就想直接把人送到月球表面,而是得先在月球軌道待命,再挑選一個適當時機點進行著陸。為了重返月球,NASA 準備在繞月軌道建造一個類似國際太空站的新太空站,名為月球門戶(Lunar Gateway),將作為阿提米絲計畫中接送太空人的關鍵據點。NASA 釋出的一系列酷炫概念圖像你看過了嗎?

1960 年代,美國在太空競爭中展開一系列阿波羅登月任務,當時為了將人類送上月球,曾考慮過 4 種方案:直接起飛(Direct ascent)、地球軌道交會(Earth Orbit Rendezvous)、月球表面交會、月球軌道交會(Lunar Orbit Rendezvous)。

「直接起飛」顧名思義就是靠一艘新型火箭與太空飛行器直接飛往月球、直接在月球降落,任務完成後直接再次起飛回來地球,技術難度過大,放棄;「地球軌道交會」是指 2 個小型火箭先攜帶太空飛行器與燃料在地球軌道對接後,再前往月球,但當時在軌道集合多艘太空飛行器的經驗較少,所以放棄。

最終 NASA 選擇了「月球軌道交會」,也就是阿波羅 11 號登月任務中,農神 5 號多節火箭發射升空,接著第三節火箭將太空載具送入地月轉移軌道(太空載具包含了指揮艙、服務艙與登月艙),3 名太空人駕駛著太空載具飛行 3 天後進入繞月軌道。

再來指揮/服務艙(CSM)留下 1 名駕駛員繼續在繞月軌道上待命,另外 2 名太空人搭著登月艙登陸月球,之後同樣搭著登月艙回到繞月軌道上與指揮/服務艙會合,接著指揮/服務艙離開繞月軌道返回地球,進入大氣層前,用來提供動力的服務艙被拋棄,指揮艙近入大氣層並打開降落傘,最終降落在海面等待 NASA 來「接機」。

新一代月球太空站

由於當前多數火箭沒辦法一口氣將人類送到月球,必須先到中繼站稍作休息再做打算,而 NASA 與 ESA(歐洲太空總署)、日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)、CSA(加拿大太空總署)等機構合作打造的新一代太空站「月球門戶(Lunar Gateway)」,便在重返月球的阿提米絲計畫(Artemis program)中發揮重要作用。

NASA 已釋出月球門戶一系列概念圖,讓外界對這個太空站更進一步理解。簡單來說月球門戶就像中途驛站,以阿提米絲計畫為例,先是 SLS 運載火箭帶著獵戶座飛船(Orion)升空離開地球,接著獵戶座飛船與火箭分離並與月球門戶太空站對接,然後太空人再從太空站轉搭 SpaceX 的星艦(Starship)太空船執行登月任務。

▲ 獵戶座太空船與月球門戶太空站準備對接。(Source:Flickr/NASA Johnson CC BY 2.0)

月球門戶是國際合作計畫,各模塊也分別交由不同機構開發,由 NASA 主導的動力與推進系統(power and propulsion element,PPE)與居住與補給前哨站(habitation and logistics outpost,HALO),預計最早將於 2024 年 5 月搭乘 SpaceX 獵鷹重型火箭先行升空支援,此時最多僅能容納 4 名太空人。

▲▼ 動力與推進系統(PPE)與居住與補給前哨站(HALO)概念圖。(Source:Flickr/NASA Johnson CC BY 2.0)

同年,ESA 主導的 ESPRIT(European System Providing Refueling, Infrastructure and Telecommunications)系統也會搭乘火箭發射升空,用來為上面兩個模組提供額外的能源、通訊等功能;而ESA 與 JAXA 合作主導、用來提供太空人更多居住空間的國際居住模塊(I-HAB)則預定在 2026 年升空。

但如果月球門戶來不及準備好,也可能獵戶座飛船會先直接與星艦對接。

如果月球門戶能按照進度一一組裝完畢,將更方便執行未來的登月任務及火星任務,甚至成本更便宜。只不過與目前距離地球約 400 公里的國際太空站相比,月球門戶太空站距離地球將超過 40 萬公里遠,科學家不得不考慮以前從未想過的問題,包括重力變化、長時間暴露於太空輻射等影響,且屆時在月球周圍建造太空站,也可能迸出未知挑戰。

▲ 隨著月球門戶太空站建造完畢,登月任務將變得更順利。(Source:Flickr/NASA Johnson CC BY 2.0)

(首圖來源:Flickr/NASA Johnson CC BY 2.0)

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