紫　曉

人類欲建“地球外的村莊”

縱觀各國的月球計劃,人類在21世紀的早期將有兩個關于在月球上進行建設的計劃,一個是建立月球觀測站,另一個是建立永久月球基地。

在建立永久月球基地、進行大規(guī)模開發(fā)月球之前,科學家計劃先建造一座月球觀測站,對月球做進一步的了解,以便尋找出可建立月球永久基地的合適地域。

這個月球觀測站極有可能建在月球表面遠離地球的一邊,因為在那兒儀器就不會被地球上的光及無線電波所干擾。人員將乘一種特殊的火箭運載器著陸,這種火箭運載器還是人在月球建站期間的生活住所。研究設備則包括探測、計量、記錄有關月球、太陽活動和外層空間環(huán)境的各種裝置。這些研究設備和建站所需的設備、材料,由特殊的機器人搬運。

由于條件所限,月球將給整個建造工作帶來很大的影響。因為一個月球日相當于14個地球日,差不多是地球上的半個月。在此期間,月球都是白天,而剩下的日子卻都是黑夜,月面上一片漆黑,進行建站工作幾乎是不可能的。

建造好的月球觀測站可供宇航員們短期居住。他們執(zhí)行一次任務的時間一般不超過20天,也就是說往返于月球的行程得花6天時間,在月球上還有大約14個地球日可以用來工作。

月球觀測站建成之后,科學家將進行光學天文學、射電天文學、地理學、生命科學的研究工作。此外,當宇航員對月球觀測站造訪時,他們也需要通過測試自己對月球環(huán)境的生理反應,積累和摸索在月球這樣一個沒有空氣的環(huán)境中,究竟如何生活和工作的經驗。同時,月球觀測站對建立月球基地、開采月球礦藏以及對火星和其他行星的探測都是不可少的。因此,在21世紀初,這樣的觀測站將豎立在月球平原上。

建立永久月球基地,既是航天技術發(fā)展的結果,又是開發(fā)月球資源、建立月球工農業(yè)生產和星際飛行的需要。月球基地的設想很多,其中一種設計方案是一個圓頂形建筑物?；貎扰c外界完全封閉,溫度可以控制,并且非常舒服,人在其中生活和工作就像在家里一樣?；貎劝惭b有各種各樣的試驗設備和儀器。為使室內有較大空間,有些設備將安裝在鄰近基地的地方,使用起來很方便。有的設備由于相互之間不能被干擾等原因,則要建在幾公里以外。長期在這里工作的宇航員,最重要的工作之一是操作和維修這些設備。為使基地內有充分的電能,專門安裝了大型太陽能發(fā)電裝置和從地球運送去的密封核能裝置。這些發(fā)電設備保證了宇航員在月球上用電就像在地球上一樣方便。

圍繞月球基地的建設,許多科學家展開了富有創(chuàng)意的設想。

1987年10月,在國際宇航科學院的一次會議上,來自50多個國家的近1000名科學家聯(lián)名提議分四個階段建造月球基地。第一階段,建造一個月球軌道站。第二階段,2003年～2005年建立月球實驗室,6名宇航員來到月球,組建住人基地,在2006年～2010年基地將容納30人。第三階段,達到每年向高軌道航天器供給10噸產品的能力。第四階段,2026年～2100年建成具有高度生產能力的月球基地。

據(jù)美國1996年10月21日至27日的《空間新聞》報道,日本月球和行星協(xié)會提出的建立月球基地的方案,打算依靠國際合作的方式,在30年內投資2.9萬億日元(約合261億美元)建立一個有人的月球基地,包括建立食品和能源生產工廠。該月球基地建設計劃分為四個階段。第一階段是在2005年對月球進行無人探測,主要是選擇既平坦,又有充足陽光和水的最佳地點。2006年～2016年為第二階段,主要是建造并運行無人系統(tǒng)。2017年～2023年為第三階段,主要是建造有人系統(tǒng)。2024年以后為第四階段。這時的基地為有人系統(tǒng),每隔6個月向月球運送3名宇航員,每批宇航員在月球上生活一年。

還有的科學家設想,在建立月球基地以后,逐步建立月球工廠。該月球工廠的使用壽命是30年,在此期間主要從事采礦業(yè),同時大量生產產品。這些產品既供自身使用,也向地球輸出。運輸這些產品的大型航天運載器在月球就地生產并加注燃料。維持月球基地的大部分經費都由出售月球產品和為客戶提供服務所獲得的收益來支付。經過逐步發(fā)展,再建立月球居民區(qū)。月球居民將從最初的50人增加到2000人,有多艘小型航天運載器來往于地球與月球之間。航天燃料、生產原料和人的大部分生活必需品都能就地解決。

還有一些科學家提出,在人類到月球居住之前,首先在月面上建立一個前哨站。這個前哨站包括運輸機械、材料加工廠和制造車間。這些設施和裝備將通過加工月球上的原料,制造出各種材料。有了這些材料便能生產出更多的運輸機械和建造更多的材料加工廠、制造車間,以此循環(huán),擴大前哨站的規(guī)模和生產能力。此后,建立科研基地、實驗室、醫(yī)療中心和火箭燃料生產工廠,進一步探測和開發(fā)月球資源,發(fā)展各種制造業(yè),合成空氣和水,種植植物和養(yǎng)殖動物,建立人工密閉生態(tài)系統(tǒng)?？茖W家預計,在2020年～2030年可以建成這種初級的月球基地。

科學家認為,在建造月球基地的過程中,地球和月球之間的交通將變得繁忙起來,采用一種航天運載器在地球與月球之間直飛是不合算的,因為航天運載器在加速和減速過程中要消耗大量能源。而且,大部分時間在真空中飛行的航天運載器,通過地球大氣層時其復雜設備完全用不著。因此,月球運輸可以采取分段接力的方法進行,即運載貨物和人的航天運載器從地球出發(fā),飛抵近地軌道的航天港,在那里由轉運航天運載器接替,飛向月球軌道的航天港,最后由登月艙接替,飛向月球基地。從月球返回地球的程序則相反。

建造“地球外的村莊”,是開發(fā)月球資源的基礎工程。與初期月球探測相比,21世紀的月球探測目標更明確,規(guī)模更宏大,參加的國家更多,并將廣泛開展國際合作。

盡管建設月球基地和實現(xiàn)月球定居困難重重,但是,我們完全有理由相信,隨著時間的推移和航天科學技術的進步,這些困難終將都是可以解決的。人類必將以新的態(tài)勢重新踏上月球,并在那片神秘的土地上居住和工作。

上九天攬月,中國打造航天大國

月球探測是航天技術的一個重要領域,一直受到各航天國家的重視,我國同樣有決心而且有能力在這一領域有所作為。

在國際上“重返月球”的呼聲中,我國不少專家呼吁盡快啟動月球計劃,適度開展月球探測活動,成為名副其實的航天大國。這些專家認為,開展月球探測,加入“探測月球國家”的行列,可以提高我國的國際地位,增強中華民族的凝聚力,有助于維護我國在國際外層空間事務和在未來開發(fā)月球中的權益,還可以促進航天技術和其它高新技術的發(fā)展,進一步推進我國在航天領域的國際合作。

月球是沒有國界的星球,一些先進國家都想早日捷足先登,跑馬圈地式地在月球上占據(jù)一塊屬于自己的地盤。1984年聯(lián)合國通過的《月球協(xié)議》規(guī)定,月球及其資源是人類的共同財產,任何國家、團體和個人都不得據(jù)為己有。實際上,探測月球是真正實力的較量,先登先得仍然是不爭的事實。如果我國不開展月球探測,并取得一些成果,那么,我國不僅在國際論壇上討論分享月球開發(fā)權益問題時,不可能有更大的發(fā)言權,而且在外層空間事務和空間開發(fā)上的權益也得不到有效的維護。為此,富有遠見的中國科學家迫切期望早日啟動月球計劃,否則就要落后,犯下歷史性的錯誤。

我國專家認為,我國開展月球探測的條件已經成熟。在航天運載器方面,據(jù)“長征三號”運載火箭總設計師、中國運載火箭技術研究院龍樂豪研究員認為,目前中國的“長征三號”運載火箭已經具備將1.5噸～3噸的探測器送入月球軌道的能力。測控方面,在現(xiàn)有測控網的基礎上,再研制出直徑60～70米的地面主控站,就可以滿足月球探測的測控和通信需要。在軌道管理方面,幾十年來,我國曾經研制和發(fā)射成功了多顆用于空間環(huán)境探測和空間遙感的衛(wèi)星,積累了豐富的航天器在軌運行的管理經驗。在探測器的研制方面,我國多年來在研制衛(wèi)星的工程中,開展了“通用化、系列化、組合化”的工作,已經建立了四種衛(wèi)星公用平臺,使航天器的研制水平及可靠性都得到了很大提高。可以說,在“實踐五號”現(xiàn)代小衛(wèi)星和“東方紅三號”通信衛(wèi)星公用平臺的基礎上稍加改動,并配備有效載荷,就可以提供低成本、高可靠性的月球探測器平臺。

“東方紅三號”衛(wèi)星是我國自行研制的新一代通信衛(wèi)星,于1986年開始設計時就瞄準了當時80年代國際先進水平。盡管在通信頻段和轉發(fā)器數(shù)量上與先進國家的衛(wèi)星有一定差距,但其分系統(tǒng)、單項性能和技術,如某些通信性能指標、全三軸姿態(tài)穩(wěn)定技術、雙組元統(tǒng)一推進系統(tǒng)、碳纖維復合材料結構等,與先進國家所采用的方案與技術相符。1994年11月30日,第一顆“東方紅三號”衛(wèi)星發(fā)射進入地球同步軌道,因燃料泄漏故障未能定點。1997年5月12日,在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心,第二顆“東方紅三號”衛(wèi)星由“長征三號甲”運載火箭發(fā)射。衛(wèi)星經三次軌道轉移,于5月20日定點于東徑125度赤道上空。

“東方紅三號”衛(wèi)星的研制和發(fā)射成功,標志著我國通信衛(wèi)星技術跨上了一個新臺階,衛(wèi)星采用的許多先進技術和成果為我國研制更先進的衛(wèi)星打下了堅實的基礎。該衛(wèi)星有6個16W中功率轉發(fā)器和18個8W低功率轉發(fā)器,共24個C波段通信轉發(fā)器,通信業(yè)務包括電視傳輸、電話、電報、傳真和數(shù)據(jù)傳輸。衛(wèi)星由通信、結構、電源、姿態(tài)和軌道控制、推進、熱控和測控等7個分系統(tǒng)組成。衛(wèi)星采用三軸穩(wěn)定控制和雙組元統(tǒng)一推進系統(tǒng),太陽能電池陣和通信天線在地球轉移軌道展開。衛(wèi)星本體構形為六面體。結構按分艙段設計,分為通信艙、推進艙和服務艙。分艙段設計有利于各艙段并行總裝測試。衛(wèi)星干重946公斤,星本體長和寬2.2米、高1.7米,太陽能電池陣展開后衛(wèi)星跨度約18米,天線展開后衛(wèi)星高度約5.7米,工作壽命8年。

2000年11月22日,中國政府發(fā)表的《中國的航天》白皮書向世界宣布:中國在今后十年內將開展以月球探測為主的深空探測領域的預先研究,標志著中國的月球探測計劃正式啟動。2000年11月在北京舉行了國際航天展,出現(xiàn)在軍事博物館展位上的中國登月沙盤,引來了無數(shù)國人新奇的目光。人造地球衛(wèi)星、載人飛船和深空探測作為人類航天活動的三大領域,我國已經在前兩個領域作出了很大成就。今天,我國政府決心抓住國際上21世紀的月球計劃正處在起步階段的大好時機,開展月球探測,從而走出深空探測的第一步,填補我國在深空探測領域的空白,使我國成為名副其實的航天大國。

早在幾年前,中國國家航天局和中國科學院調集了大批專家,進行月球探測的研究工作。數(shù)個專家組分別對我國月球探測長遠規(guī)劃、首次月球探測科學目標、有效載荷、運載發(fā)射和工程實施等相關技術進行了研究論證。目前,已完成了關于開展月球探測的必要性和可行性等方面的論證,不少方案已經通過專家論證。據(jù)業(yè)內專家透露,中國月球探測的首要目標是對月球表面進行全方位、整體性的綜合遙感探測,從中選出有關鍵意義的月球區(qū)域,在此基礎上發(fā)射月球車軟著陸,進行深入探測。其目的是為建立月球基地選擇地址,下一步則是建立月球基地。為此,我國專家提出,我國的月球探測可以分為四個階段。第一階段:在2005年以前發(fā)射月球資源探測器,分別采取繞飛、擊中月球表面和環(huán)月飛行的方法,對月球進行拍照,了解和掌握月球的環(huán)境、能源等資源的分布情況和分布規(guī)律,獲取月球表面地形圖。第二階段:在2010年前發(fā)射月球探測器在月球軟著陸,在試驗月球軟著陸技術的同時,對月球進行探測,為進一步月球研究打下基礎。第三階段:在2020年以前,通過使用月球車、空間智能機器人等進行現(xiàn)場探測,確定月面土壤成分,為載人登月飛行和建立月球前哨站提供數(shù)據(jù)。第四階段:在2030年以前,發(fā)射小型采樣返回艙、月面鉆巖機和月球機器人等,采集有關樣品;將這些樣品送回地面進行研究,為載人登月和將來月球基地的選址提供有關數(shù)據(jù)。

在人類登月的過程中,月球機器人是登月前期的關鍵設備。據(jù)報道,在清華大學的一間實驗室里,我國的機器人專家正帶領他的研究小組夜以繼日地工作著,他們建立的“機器人遙控操作系統(tǒng)”已經初具規(guī)模。在模擬實驗中,科學家在地面發(fā)射指令,機器人就可以按指令在月球上從事各種工作。

地球到月球有38萬公里,探測器大約需要飛行3～5天,能否實現(xiàn)探測器可靠的姿態(tài)和軌道控制,使探測器對準太陽或某顆恒星,并按預定軌道飛行;能否有效地接收探測器發(fā)回的信號,并實施對探測器的指揮和調整;能否保證探測器上的有效載荷經受長途飛行和月球環(huán)境的考驗,完成預定的任務?這些都將成為我國月球探測成功與否的關鍵問題。目前,中國科學院和中國航天界的一大批躊躇滿志的專家,正在為攻克月球探測的關鍵技術而日夜不停地勞頓。許多難關已經攻克,中國人通向月球之路已經不再遙遠。而在突破了無人探測器技術和載人登月技術之后,龍的傳人探望月宮的日子也將不再遙遠。

附:“阿波羅”登月計劃大事記

1961年5月25日,美國總統(tǒng)肯尼迪在國會宣布,要在60年代末把人送上月球并安全返回。

1967年月1月27日,3名宇航員在“阿波羅四號”飛船的指揮艙起火事故中死亡。

1967年11月9日,用于載人登月運載火箭“土星五號”首次發(fā)射。

1968年10月11日,“阿波羅七號”飛船進行“阿波羅”計劃中的第一次載人地球軌道飛行。

1968年12月21日,“阿波羅八號”飛船進行第二次載人飛行,并第一次進入月球軌道。

1969年3月3日,“阿波羅九號”飛船發(fā)射,這是第一次包括飛船登月艙在內的載人地球軌道飛行。

1969年5月18日,“阿波羅十號”飛船進行了第一次登月全過程的“彩排”,繞月飛行31圈,兩名宇航員乘登月艙下降到距離月面約15公里。

1969年7月16日,“阿波羅十一號”飛船開始首次載人登月飛行。7月20日,名為“鷹”的登月艙在月面靜海西南角著陸。39歲的宇航員阿姆斯特朗首先離開登月艙踏上月球表面,在月球上留下了人類第一個腳印,隨后踏上月面的是另一位宇航員39歲的奧爾德林,宇航員柯林斯則駕駛指揮艙繼續(xù)沿環(huán)月球軌道飛行。

1969年11月14日,“阿波羅十二號”飛船進行第二次載人登月飛行,飛船準確降落在風暴海。

1970年4月11日,“阿波羅十三號”飛船進行第三次載人登月飛行。由于在飛往月球途中,飛船服務艙的液氧貯箱爆炸,導致飛行失敗。宇航員駕駛飛船繞過月球返回地球軌道,并安全回到地球。

1971年1月31日,“阿波羅十四號”飛船進行第四次載人登月飛行。飛船在弗拉-摩洛地區(qū)著陸。

1971年7月26日,“阿波羅十五號”飛船進行第五次載人登月飛行。登月地點在亞平寧山附近的哈德利-亞平寧地區(qū),宇航員首次乘坐月球車在月面遨游,用時約6小時。

1972年4月16日,“阿波羅十六號”飛船進行第六次載人登月飛行,登月點在笛卡爾高地。

1972年12月17日,“阿波羅十七號”飛船進行第七次載人登月飛行,這是“阿波羅”計劃最后一次載人登月飛行,登月點在陶拉斯-利特羅地區(qū)。 (全文完)

責任編輯:兆然 ■