NASA为何初选这13处载人登月着陆区?月球南极“争夺赛”开跑?

​8月20日,NASA悄无声息地公布了初选出的13个月球人类着陆系统(HLS)的预定着陆地区。这13片区域均处于月球南纬6°以内,最近的一块区域距离南极点也非常近。其中每块地区都有15×15公里的面积,不折不扣地说这几乎覆盖了大部分适合着陆的月球正面的南极地区。这13块着陆区分别是:

Artemis 3 III选定的13处着陆点

遍布南极的13处预定着陆区域

1,福斯蒂尼陨石坑边缘A
2,沙克尔顿陨石坑附近的山顶
3,南极连接岭
4,南极连接岭延伸区
5,德·杰拉许陨石坑边缘1
6,德·杰拉许陨石坑边缘2
7,德·杰拉许-科赫地块
8,霍沃思环形山
9,马拉柏特环形山地块
10,莱布尼兹环形山贝塔高原
11,诺毕尔环形山边缘1
12,诺毕尔环形山边缘2
13,阿蒙森环形山边缘

当然这13处区域也只是一个初步选址,NASA会在大约2024年年中进一步将该名单缩小为个位数,其实考虑到猎户座飞船轨道和时间的实际情况,同一次任务也会备选数个不同的着陆地区。而每个着陆区也会有多个100米见方的着陆点。那NASA为何要选定这片区域作为2025年阿尔忒弥斯3号登月任务的着陆点呢?除常规的地形地貌以及技术难度外,我想还有这么几个原因。

首先,要落在陨石坑边上最容易找到水冰的地方

现在几乎可以肯定地说,月球上有水。不管是NASA、印度还是其他国家都从数据上证明了这一点。月球南极的正面虽然经年受到日光的斜射,但那些巨大的陨石坑内部却蕴藏着大片太阳永远照射不到的地方(永久阴影区),水冰就最可能藏在那里。而高纬地区的永久阴影区更是普遍,因此人类着陆系统的着陆点距离永久阴影区越近,宇航员月球漫步时就越容易抵达那里,可以进一步提高找到月球水冰样本的可能性,这就是13处着陆区均在南极点附近的原因。这可比第一个登上月球的女人这种象征性任务有价值的多了——找到水是殖民月球迈出的重要一步。另外,嫦娥探月的后续目标也都是月球南极,无独有偶的是各平台也在昨天整齐划一地公布了嫦娥任务计划在2030年左右实现载人登月,开始给人一种月球南极“争夺”的味道了。

着陆点是南极永久阴影区边缘

HLS着陆在陨石坑阴影区边缘

其次,要落在日照时间不低于6天半的地方

很多人肯定不理解,阿尔忒弥斯登月任务为何一下子就要在月球上停留6天多的时间,难道不找到水冰决不罢休吗?显然不是这样,需要持续太阳照射,目的是给人类着陆系统(登月舱)提供持续的电力,以保障设备和人员的安全。6天半的时间不是一个范围,而是一个周期,也就是说一旦6.5天后登月舱不能升空与猎户座飞船对接,那么他们还要再等待一周的时间,这是不是比阿波罗登月时代复杂多了?

原来,Artemis 3号任务的绕月轨道是未来月球门户轨道站要用到的NRHO近直线晕轨道,这个轨道近月点距离月球北极约1500-3000公里,远月点距离月球南极约70000公里,绕月一圈大约需要一周的时间,因此登月舱一旦错过了升空对接时间,就需要继续等待7天。既然NRHO轨道这么复杂,NASA为什么不继续搞成原来阿波罗式的近月轨道飞行呢?那样几乎随时都可以升空对接。

猎户座飞船和运行的NRHO晕轨道

猎户座飞船和运行的NRHO晕轨道

我想主要有两方面的原因,首先NASA肯定不想完全重复过去的工作,其次这个全新的NRHO轨道尽管不是特别稳定,而且是三体问题的一种理论上的计算方案,属于“前无古人”,但这个轨道只需要消耗少量的燃料,就可以保持相对稳定,同时从NRHO轨道不同的位置,可以非常方便、最低消耗的登陆月球、返回地球或者前往更远的深空(如火星)。

第三,要落在星际飞船能够兼容着陆的地方

这个就很好理解了。如果有同好去关注一下老马家星际飞船的进度就会发现,年内入轨发射的概率很可能只有50%,而2025年的人类着陆系统就是星际飞船的一个变体(去掉隔热瓦、加装登月电梯等),可以猜测SpaceX不会有太多的时间去临时改动人类着陆系统。因此NASA也必须提前数年跟SpaceX的技术人员协调好可能的着陆地区,以便SpaceX提前对着陆系统进行相应的匹配。

最后,要落在现有海量探测器数据支持的地方

13年前,NASA的月球轨道勘测器LRO升空,不但积累了大量的高清地形地貌数据,同时设备上携带的中子探测仪等设备也在不断地发现月球上水分子和羟基;印度的月船计划也通过携带的探测设备确认了月球水的存在。值得一提的是,这次NASA选定的13个区域排名第二的“沙克尔顿陨石坑”,就是当年印度探测器撞击月球的地方,而NASA也确认该地区有不低于20%的水冰覆盖。

大量现有数据支持南极探月

大量现有数据支持南极探月

最后再说说对NASA宇航员南极登月的看法,我一点都不怀疑人类会在月球上找到冰,但我对2025年能否登月保持怀疑(川普时代是2024)。首先就是NRHO近直线晕轨道的问题,截止今天依然没有飞行器对该轨道的运行稳定性进行验证,NASA在6月份发射的CAPSTONE轨道验证器要到年底才能抵达月球,后续会不会对该轨道参数进行修正还不得而知。另外人类着陆系统(HLS,登月舱)目前连影子也没有,虽说是用星际飞船改,但星际飞船在3年内能否完全稳定飞行都还是个问号。还有一个老大难就是NASA想强加上的“月球门户”轨道站,看起来不太可能在2025年完成建设并投入使用了,不过即便月球门户建设拖延,NASA也不会再等了。

所以我推测的NASA登月时间可能是2026-2028年。再看嫦娥探月计划,这两天报道放风说在2030年左右载人登月。怎么说呢,如果是长五在轨组装的方案,我相信是可行的。至于921、长九,考虑到载人还是保守估计点好,多了就不说了。所以即便双方都是探索南极,时间线上也不太会有冲突,“争夺赛”短期也不会存在,最终的玩法可能也各不相同。

相关文章

发表回复

您的电子邮箱地址不会被公开。