阿波羅登月50周年》太空船、火箭都砍掉重練!NASA誓言2024重返月球、建立殖民地,這次將面臨何種挑戰?

2019-07-20 08:50

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美國登月任務「阿波羅計畫」中,共有7次嘗試載人登陸月球,並有6次成功。1969年7月20日,「阿波羅11號」太空人阿姆斯壯踏上了月球土地,此後美國航太總署(NASA)幾乎是每半年就出一次任務,除了阿波羅13號任務發生氧氣罐爆炸導致任務失敗以外,每一次登月都創下紀錄。

1972年12月16日,「阿波羅17號」太空人塞爾南站在月球上,語重心長地說道:「我邁出了人類在此的最後一步並即將返回地球,或許要再過一段時間才會回來,但我相信不會太久。」沒想這是迄今為止最後一次登月任務,這句「不久之後」竟要再等至少52年。

1969年7月24日,阿波羅11號登月任務3位太空人重返地球(AP)
1969年7月24日,阿波羅11號登月任務3位太空人重返地球(AP)

時隔將近半世紀,對太空懷有雄心大志的現任美國總統川普(Donald Trump),2017年12月簽署「太空政策1號指令 」,指示美國邁出重返月球的第一步,為前往火星與宇宙更深處作準備。NASA重新啟動太空探索任務,計畫要在2024年前重返月球,並首度讓女太空人登上月球表面。如果川普順利於明年連任美國總統,2024將是他8年任期的最後一年。

對比先前的登月任務以希臘神話中的太陽神「阿波羅」(Apollo)為名,NASA5月時宣布,最新登月計畫將以阿波羅的孿生姊姊、月亮女神「阿提米絲」(Artemis)為名。根據NASA署長布萊登斯坦(Jim Bridenstine)的說法,阿提米絲1號任務預計2020年進行,挑戰「無人駕駛繞月」;2號任務將於2022年左右展開,嘗試「載人繞月飛行」;眾所矚目的2024年太空人登月則是阿提米絲3號任務,地球將誕生首位登月女性。

布萊登斯坦說,這次登月人類將不僅是「插國旗」、「宣告我來過」,而要留下可以永久存續於月球的軌跡,「讓我們的登陸器、機器人、探測車以及太空人都能留下」。但是迄今為止,NASA尚未建設好達成任務的關鍵元素,也沒有測試飛行,人類誓言再踏上月球,這次還會需要付出什麼代價,面臨什麼樣的挑戰?

1969年7月21日,阿波羅11號登月任務,遠眺地球(AP)
1969年7月21日,阿波羅11號登月任務,遠眺地球(AP)

挑戰一:太空人登月前須經過嚴苛訓練

NASA有38位現役太空人,其中12名為女性,她們是來自各領域的菁英,包含研究最致命疾病的微生物學家、前中央情報局(CIA)技術官、醫師、電機工程師。但誰能脫穎而出成為首位登月女性?布萊登斯坦表示:「將會由實力受到認證、曾經飛行過、曾去過國際太空站的人擔任。」

太空人巴拉特(Michael Barratt)告訴英國廣播公司(BBC),NASA近來的挑選條件比以往嚴格,現在的太空人不僅需要會駕駛飛船,還樣經過各方面的嚴苛訓練,包含太空漫步、機器手臂操作、熟悉各種系統、精通英語及俄文,以及能夠適應獨自關在狹小空間內,一次就是待上半年。

太空人還必須經過體能訓練,才能安全地在外太空執行任務。巴拉特說,雖然月球表面的重力是地球的六分之一,但太空人必須穿著很重的裝備,在月球上挖掘、攀爬、探索,「這就是風險所在,就算有太空衣保護,一不小心摔跤還是可能會骨折」。此外還要克服月球表面的粉塵造成咳嗽、呼吸困難,以及遽增的輻射量,據悉在月球表面的高能輻射,比160公里到2000公里的近地軌道還要多達3倍。

1969年7月24日,阿波羅11號登月任務,美國總統尼克森迎接3位仍在隔離中的太空人(AP)
1969年7月24日,阿波羅11號登月任務,美國總統尼克森迎接3位仍在隔離中的太空人(AP)

挑戰二:登月太空船「獵戶座」

載人前往月球的太空船,將會是美國「洛克希德馬丁公司」(Lockheed Martin Corp)建造的新一代登月艙「獵戶座(Orion)」,這重達10噸的機械,運用了遠比1960年代還要先進、創新的技術,包含4台自動飛行電腦,擴增實境(AR)鏡片,太空人可以在現實場景中看到機械數據、工作指南,更輕鬆、有效率地完成任務,如同科幻片的劇情。

當「獵戶座」返回地球時,它將彈出有史以來最大的防熱罩,保護機組人員免受降落時,摩擦大氣產生的攝氏2760度高溫,緊接著將有11個降落傘幫忙降速,使它平安落在太平洋海面上。

挑戰三:登月火箭「太空發射系統」

載著太空船上太空的登月火箭「太空發射系統」(Space Launch System,SLS)也是致關重要的元素。它是一個高達30層樓、可負荷130公噸的重型運載火箭,然而發射面臨一項巨大的挑戰,必須確保火箭引擎能承受推進器的劇烈晃動,此外SLS的開發成本更是天價,目前已經花費125億美元,今年6月政府監督機構指出,NASA已為此超支18億美元。

開發商「波音」(Boeing)的SLS項目經理尚農(John Shannon)表示,狀況正在好轉,「我們已經挺過最艱難的時候(也就是硬體設計與測試),我們現在進展不錯,廠房正在嗡嗡作響地運作,在今年底前我們的第一台火箭就會出產。」不過直到2020年6月以前,NASA都不會進行火箭試飛。

挑戰四:建造月球太空站

NASA正在推動大計畫「繞月軌道平臺——門戶」(Orbital Platform-Gateway),旨在搭建一個環繞月球的太空站,未來可作為太空人往返火星時能停留的太空中轉站。「波音」SLS項目經理尚農2011年在NASA工作期間,完成了「門戶」的設計架構,他表示:「若能圍繞月球,建立一個小型太空站,那將會很有意義。」

尚農表示:「『門戶』讓機組人員在登陸月球之前,有空間可以事先做整頓…若任務期間出現差錯,它可以充當避風港。」尚農表示,最終如果人類要前進火星,「門戶」可以是會集後勤物流的中間站。

挑戰五:開發更可靠的自動著陸系統

半世紀前,阿姆斯壯(Neil Armstrong)差點沒有辦法踏上月球,因為「阿波羅11號」的登月艙偏離航線,欲自動著陸在距離原訂地點的6.4公里處。當時在下降過程中,阿姆斯壯往窗外望,發現登月船正駛向巨型火山口,那周圍都是車輛大小的巨岩。「降落在那會有麻煩」,阿姆斯壯心想,他於是切換成手動操作模式,駛離巨岩區,降落在平坦的淨海盆地。

可見著陸系統必須更加精確,才能增加任務成功率,波士頓的「德雷珀實驗室」(Charles Stark Draper Laboratory)執行長賈布里爾(Ken Gabriel)表示:「應該要建造更可靠的自動著陸系統,它必須包含依照地形導航的能力,讓你能透過登陸器的攝影系統,得知你在月球的哪裡…並立刻提供避開障礙物的方式。」

阿波羅11號登月任務太空人阿姆斯壯(Neil Armstrong)(AP)
阿波羅11號登月任務太空人阿姆斯壯(Neil Armstrong)(AP)

挑戰六:太空人如何在月球生活

「阿提米絲」計畫的最終目標是在2028年前在月球部署一系列居住要件,讓月球成為人類的長久基地。初期階段最大的生存挑戰就是氧氣,亞利桑那大學(University of Arizona)已經創造出月球溫室,可在LED燈的照射下,培養萵苣、番茄及番薯,不但能食用,還能製造行光合作用,提供氧氣。

另一項則是水源。月球極區寒冷又黑暗的隕石坑之中,蘊含豐富的「水冰」,不但可作為水源,也能製成火箭燃料。但是開挖月球北極與南極沒有那麼簡單,在攝氏零下幾百度的深坑,科學家正在研發提高溫度到沸點的方法,讓冰融化成水。

最後則是居住地,目前歐洲太空總署(European Space Agency)規劃建造可以對抗宇宙輻射、真空環境,與抵擋流星撞擊的「充氣模組」,不過從長遠來看,月球居民恐怕還是必須往地下發展,在月球的地下天然隧道中居住,才能避免嚴重的大規模輻射風暴。

1969年7月20日,阿波羅11號登月任務,艾德林(Buzz Aldrin)的面罩與阿姆斯壯(Neil Armstrong)的身影(AP)
1969年7月20日,阿波羅11號登月任務,艾德林(Buzz Aldrin)的面罩與阿姆斯壯(Neil Armstrong)的身影(AP)

 

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