杨宇光 中国航天科工二院研究员 国际宇航空间运输委员会秘书长

美国“阿波罗计划”为何停止?人类有可能在月球上建立永久性基地吗?

造就 TALK · 2018-09-16 · 15:14:32

造就第348位讲者杨宇光

航天科工集团二院研究员

国际宇航空间运输委员会秘书长

回顾整个航天发展的历程。人类对太空的向往是从人类文明诞生以来就一直存在的,一直到火箭技术的出现才使人类飞向太空成为可能。

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 现代航天技术是始于第二次世界大战,著名科学家冯布劳恩为纳粹德国研制的V-2导弹,是第一种现代的火箭。

它的诞生,开启了太空时代的序幕——由美国和前苏联作为主角的太空竞赛时期。

  太空竞赛

由于前苏联捷足先登,在太空竞赛前期赢下了多项“第一”:第一颗人造卫星,第一艘载人飞船,第一个月球探测器,第一次从月球旁边飞过,第一次撞击到月球上,第一次拍摄月球背面照片等等。

美国发现了自己落后,于是奋起直追,只用不到一年的准备时间,就在1958年发射了自己的第一颗人造卫星——探险家一号。

但美国和前苏联有一个相同的基本特点,他们都不计成本,不计代价拼命追赶对方。

这一时期,是人类航天技术发展最快的时期,也是人类迈向深空的第一步。整个太空竞赛时期的核心目标就是将人安全送上月球,并返回地球。这需要解决很多关键技术,在整个太空竞赛时期,美国用了三个系列的飞船——水星号、双子星座以及阿波罗飞船,解决了天地往返、交会对接、舱外活动等技术难题,最后由阿波罗飞船实现了载人登月。

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太空竞赛时期,奠定了目前人类航天大多数的技术基础。到现在为止,尽管我们在电子技术等方面有了很多进步,但是航天活动最关键的,像发动机这样的技术,尤其是化学火箭发动机,它并没有一个本质上的性能提升。

火箭发动机最重要的一个指标就是“比冲”,即单位质量的推进剂产生运动状态的改变量。实际上在阿波罗登月时期,能量最高的液氢燃料发动机,比冲值已经达到400多秒。后来尽管有一些进步,但是到目前为止并没有一个质的提高。

除了载人航天,对月球,金星、火星等天体的探测,都是美苏竞争非常激烈的领域。两个国家都向这些天体发射过探测器,尽管当时是以竞争为目的,但成果却使全人类都受益。

太空合作

到了太空竞赛的后期,两国发现无法承受航天竞赛带来的巨大成本,这时候就出现了空间站。通过开发空间站,人类要掌握将来走向太空非常重要的一项技术——再生式环控生保技术。

大家可能不知道,给空间站航天员送一公斤的水和食物,成本比同等重量的黄金还要昂贵得多。所以目前空间站都无一例地外采用了再生式环控生保技术。我们呼出的二氧化碳,以及身体蒸发的水分和排泄的尿液,都要回收再利用。这样可以减少补给的数量,使得航天员对货运飞船的依赖减轻,逐渐降低长期在太空生活的成本。

在太空竞赛时期,美国和前苏联都以争夺各种各样的“第一”为主要目标,这是一种非技术的目的。

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太空竞赛结束以后,人类航天活动朝着更实用、更高效、更实际的方向发展。对于耗资巨大的载人航天活动、太空探索活动等,各国发现合作是一个非常好的方式,可以很大程度上减轻单一国家的负担

国际空间站正是目前人类最大的科技合作工程,也是迄今为止最庞大的人造航天器。国际空间站属于第四代空间站,由多个加压舱段组成,重量达到400多吨,运行在距离地球400公里高的轨道上,非常的明亮,能达到负三等星。

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应当说,国际空间站是人类太空合作领域巨大的里程碑。但是它可能在2024或者2028年退役,在此之后,国际空间合作事业将何去何从,目前还是未知之数。

太空基地

未来人类关注的最多的是月球和火星。从美国1972年发射的阿波罗17号以后,人类再也没有去过月球,如何避免像“阿波罗计划”那样短暂的访问?未来怎样才能形成一个可持续的发展?应当说是目前各个航天大国比较关注的话题。

我认为未来人类对月球以及火星的造访不应当是一种单次的、短期的考察,应当是朝着基地化的方向发展,这个过程中最重要的因素就是成本。

说到这里,就不得不提,人类下一代的空间推进系统应该是什么样子?

有一种叫电推进的技术,近年来已经得到了很大的发展。电推进系统就是利用电场将一些燃料电离,然后以很快的速度喷出去,这样可以减少航天器携带的燃料。但目前的电推进技术有一个很大的缺点,它的推力非常小,所以现在太空中用的电推进火箭还比较小。

未来人类大规模的深空探索,尤其是载人的深空探索,离不开基于核能源的火箭发动机。迄今为止已经有各种探测器都采用过核能源发动机,前苏联和美国都已经掌握了空间核反应堆技术,未来有望研制出兆瓦级甚至更强大的核反应堆,发射到轨道上。

我认为,核电推进和空间核反应堆两种技术的结合,是未来人类以相对比较低的成本开发太空必然要走的途径。

在解决这样的技术问题以后,人类在未来就有可能建立永久性的月球基地和火星基地,作为向前进的跳板。

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我们现在发现月球上存在水,利用水可以分解制造推进剂的燃料,便可以走向更远的深空。

我个人的观点,火星并不是人类移民的目标,因为火星是一个“死亡星球”,未来建设火星基地更多是为了考察目的,而不是移民,但这仍然是人类前进的方向。

在更远的未来,人类可以走向更远的深空,人类可以征服整个太阳系。


文字|颖仔

校对|其奇

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