五十年前的今天,人类在NASA的阿波罗17号任务期间最后一次登上月球表面。现在,在经过140万英里的旅程后,美国宇航局的猎户座飞船安全返回地球,这标志着该机构的阿耳忒弥斯1号任务的完成,以及人类重返月球的第一步。
美国宇航局局长比尔·纳尔逊在溅落前近两周告诉记者:“阿耳忒弥斯正在为在深空、在恶劣环境中生活和工作铺平道路——去发明、去创造,并最终与人类一起前往火星。”
阿耳忒弥斯1号于11月16日凌晨发射,是美国宇航局大型太空发射系统(SLS)火箭的首次飞行测试,也是该机构载人猎户座飞船的首次月球探测。在其为期26天的任务中,猎户座追踪了一条创纪录的环月路径,环绕月球表面80英里以内——最远时,飞越月球到达距地球约27万英里的地点。美国宇航局的管理人员对飞船进行了全面测试,并对其在恶劣的深空环境中保持功能的时间提出了挑战,远超典型的载人任务持续时间。他们测试了它的推进、通信、生命支持和导航系统——没有发现重大问题。
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太空历史学家、国家航空航天博物馆阿波罗系列馆馆长蒂泽尔·缪尔-哈莫尼说:“这是一个令人难以置信的成功,并且已经出现的问题据我们所知确实很小。” “对于新型运载火箭和一个非常复杂的任务来说,看到它运行如此良好令人兴奋。”
最关键——也是最危险——的测试发生在今天,当时猎户座离开太空并高速返回地球。飞船以大约每小时25,000英里的速度飞行,执行了所谓的跳跃式再入,短暂地进出大气层外围以消耗速度,然后再进行第二次也是最后一次俯冲。下一次它接触地球空气时,猎户座没有像跳石一样掠过大气层,而是完全俯冲穿过。随着飞船坠落,大气摩擦将其外部加热到超过华氏5,000度,或大约是太阳表面温度的一半。
曾在美国宇航局监督SLS初期开发的丹尼尔·邓巴彻说:“他们基本上正在经历一场喷灯。” 邓巴彻现在担任美国航空航天学会的执行董事。“我们永远不会对再入感到舒适和自满。再入是高风险、高能量[操作];您要确保您做对了。”
为了在不烧毁的情况下度过这次俯冲,飞船的隔热罩必须完美运行——它也确实做到了。接下来是减速伞和主降落伞,后者在太空舱位于太平洋上空5,300英尺时展开,将其速度减慢到每小时仅20英里。
美国东部时间下午12:40,猎户座安全地像一个超大、价值数十亿美元的软木塞一样漂浮在瓜达卢佩岛海岸附近的白色浪花中,等待美国宇航局和美国海军人员的回收。
一次顺利的试航
11月16日美国东部时间凌晨1:45刚过,美国宇航局橙色的SLS火箭轰鸣着升空,照亮了佛罗里达州太空海岸的人造黎明。这次发射是一次巨大的成功:这是人类迄今为止送入太空的最大火箭,也是半个世纪以来首次有载人飞船访问月球附近。这些里程碑是在多年的开发和测试延迟之后实现的,在此期间成本不断膨胀。此前,由于燃料泄漏导致之前的飞行尝试被取消,并且多次飓风袭击,其中一次飓风以倾盆大雨和每小时100英里的狂风袭击了SLS和猎户座“堆栈”,导致发射台上的行动受挫数月。
但在那坎坷的开始之后,道路变得平坦了。SLS完美地将猎户座送入轨道。飞船自行设定了前往月球的航线,完美地执行了关键的20分钟发动机点火。发动机在飞行过程中保持真实,多次点火进入和退出月球轨道,然后返回地球。一路上,任务管理人员没有发现任何重大的机载异常,只发现了一系列他们称之为“有趣”的小事件——也就是说,有些事情出乎意料,但并非真正的问题。
美国宇航局阿耳忒弥斯任务经理迈克·萨拉芬在11月30日溅落前的新闻发布会上说:“我们所遇到的惊喜是令人愉快的惊喜。” “我们继续建立信心,相信这是我们的深空人类运输系统,并且它正在达到或超出各方面的期望。”
任务期间可能最严重的问题发生在12月的第一个周末,当时作为美国宇航局深空网络支柱的戈德斯通射电望远镜离线,阻止了与飞船的通信数小时。肯尼迪航天中心的发射设施也遭受了一些意外损坏,因为SLS从发射台跃起,冲击波和尾气羽流冲击了移动发射结构,并将电梯门吹掉了。
事实上,事情进展得非常顺利,以至于随着任务的进展,管理人员感到足够自信,可以对飞船的能力进行额外的、临时的测试。最终,一切都奏效了。
邓巴彻说:“我们从这次任务中获得了我们所需要的一切,这是一次系统的试航,以确保它们都能正常工作。” “它运行良好这一事实告诉我们,我们拥有一个准备就绪的系统,我猜他们会得出结论,将人类送入下一个任务是安全的。”
有问题的有效载荷
尽管阿耳忒弥斯1号实现了其主要目标——证明猎户座在深空中的能力并成功将飞船返回地球——但该任务的一些优先级较低的次要任务产生了明显好坏参半的结果。当飞船火箭升空进入轨道时,它携带了10个立方体卫星,或鞋盒大小的科学实验。其中一些目标是月球,以研究月球表面的冰和其他特征。其他一些则被送去监测空间环境。其中一颗,美国宇航局的NEA Scout,甚至旨在与一颗近地小行星会合。
在这10颗立方体卫星中,大约一半按计划工作。其他立方体卫星出现问题是否与实验在火箭上停留时间过长有关尚不清楚——它们在一年前就被装载到SLS上,并且有些是在电池未充满电的情况下部署的——或者与设计在深空中工作的小型卫星的挑战有关。
NEA Scout被推定丢失,尚未与地面取得联系;它的团队甚至不知道飞船是否通电。一颗日本立方体卫星OMOTENASHI旨在向月球表面发送一个小型着陆器,但它在部署后失控旋转,阻止了进一步的操作。另一颗美国宇航局的立方体卫星LunaH-Map未能执行关键的推进操作,除非LunaH-Map团队能够在不久的将来使其推进系统恢复在线,否则将无法完成其绘制月球南极周围冰沉积物的目标。*
麻省理工学院的保罗·洛扎诺说:“所有这些都进入了深空,这对立方体卫星来说不是一个传统的环境——它更具挑战性。” 洛扎诺为小型卫星建造推进系统。洛扎诺说,他对立方体卫星的总体表现印象深刻,并将遇到最大问题的任务描述为“雄心勃勃”。
洛扎诺说:“实际上,用立方体卫星进入深空的机会不多,因此有更多这样的机会可用——我认为这对小型卫星来说是一件好事。” “我认为未来有很多关于如何设计这些航天器的事情需要学习,以便我们能够设计出能够实现大型航天器可以实现的目标的小型航天器。”
“地球升起”,再次
尽管存在那个小插曲,但阿耳忒弥斯1号的表现比阿波罗计划期间的同等任务要好得多:1968年的阿波罗6号,土星五号火箭和阿波罗飞船的最后一次无人驾驶试飞,几乎是一次失败。
缪尔-哈莫尼说:“它没有完成其任务剖面。发射时[发动机]振荡存在重大问题。他们遇到了发动机故障——发动机提前关闭。它无法到达月球;它不得不留在地球轨道上。” “这些是该任务中出现的非常重要的问题。但他们确实获得了数据。他们能够分析任务。他们能够感觉到他们可以继续执行下一个任务。”
即使阿波罗6号蹒跚地冲过终点线,美国宇航局还是选择将人类送上阿波罗7号,后者在地球轨道上运行了10天,为随后的任务奠定了基础,这些任务将宇航员送入月球轨道,然后到达月球表面。
缪尔-哈莫尼说:“如果这次任务像阿波罗6号那样进行,我会感到惊讶——如果我们不做另一次测试任务,但这很难说,” “我们现在有数十年的太空飞行经验。这与1960年代的情况非常不同,当时我们几乎没有任何太空飞行经验。”
恰逢阿波罗17号在宁静海月球区域东南边缘的山脉中着陆半个世纪后的今天,猎户座以与昔日的溅落方式大致相同的方式返回地球。在到达月球之前,阿波罗17号的宇航员拍摄了一张地球的照片——一颗漩涡状的沙蓝色弹珠,在漆黑的虚空中显得光彩夺目——这已成为我们星球最知名的描绘之一。猎户座也在旅程中捕捉到了宇宙景象,并将一系列精美的图像传回地球。在一个系列中,当猎户座绕过月球的弯道并在前景中可见时,新月形的地球在单色的月球地平线上方闪耀——向阿波罗8号的“地球升起”致敬,献给阿耳忒弥斯一代。
12月14日将是阿波罗17号离开月球表面50周年纪念日——当时,在将数百磅月球岩石运入他的飞船后,美国宇航局宇航员尤金·塞尔南成为迄今为止最后一位登上月球的人类。尽管塞尔南在离开时知道月球将再次恢复无人居住的荒凉孤独,但当时,他无法预见人类会在几十年后才回来。
塞尔南说:“我在表面上。当我从表面迈出人类的最后一步,在未来一段时间内返回家园时——但我们相信在不久的将来——我想[说]我相信历史将记录的内容,” “美国今天的挑战已经铸就了人类明天的命运。”
*编者注(2022年12月12日):本文在发布后经过编辑,以更正对LunaH-Map状态的描述。