11月7日,美国航空航天局NASA在肯尼迪航天中心正式宣布,“承诺”号月球漫游车预计在2028年由“蓝色起源”公司开发的Mark-1型着陆器送至月球南极。作为人类首台搭载放射性同位素电源的月球车,NASA宣布,“承诺”号可以成为全球第一台能连续工作、无视月夜、不惧极寒的月球车,彻底改变人类的探月历史。
▲“承诺”号
不过从工程技术的角度上来说,“承诺”号并不是核动力。因为它并没有搭载小型的核反应堆。之所以这么叫,是因为它安装了一个技术比较成熟的核电池,和以往探月车上纯粹靠太阳能提供动力的方式确实有很大区别。“承诺”号也不是全新研发的产品,它使用了之前美国开发的火星探测车“好奇”号的地面样车整体结构,又安装了“毅力”号火星车的剩余备件,是两者整合而来的产物。
其中,“好奇”号的正式探测器,在2012年8月时成功登陆火星的盖尔撞击坑。它最大的亮点,就是NASA第一款搭载大型核电池的重型火星探测车。在此之前的美国“勇气”号、“机遇”号火星车,使用的是太阳能供电,在能源供应方面受到比较大的限制。“好奇”号搭载的放射性同位素热电发生器,也就是核电池,通过钚-238的衰变产生热量,既给设备供热,同时也发电为车辆提供动力。
▲“承诺”号
到了“毅力”号,其动力系统又有提升。它搭载的是升级款的多任务型放射性同位素热电发生器,属于前代核电池的改进版本。它的热电转换效率更高,稳定性更强,设计也更为完善。
由于近些年美国月球探测车的预算紧,时间窗口又被卡得很死,重新开发已然没有时间了。于是,美国将这两款前代的火星车技术进行整合,挪用了部分成熟组件,以极快的速度就开发出了“承诺”号。“承诺”号的车体主体结构、摇臂、转向架和行走系统,用的全都是“好奇”号的地面样车。由于“承诺”号的任务就是要降落月球南极的撞击坑中,寻找可能埋藏在地下的水冰。因此它也搭载了“好奇”号之前被证明在技术上十分成功的一整套机载岩心钻探+分析设备。其他如通信接口、相机、可见光成像组件、电源管理板等,则沿用的是当时“毅力”号多生产出来的库存备件。动力系统上,安装的也是“毅力”号的同款。
▲“毅力”号月球探测车使用的核动力电池
“承诺”号由成熟平台整合而成,这不仅使得它的开发周期被大幅压缩,而且避免了很多未知的工程风险。“承诺”号未来,必然不再依赖太阳光照工作,可以进入月球南极这样光照极为稀少的地区。
在面对长达近半个地球日的月夜时,也不用像以前的月球巡视器一样彻底停摆了,可以极大提升工作效率。在美国的规划中,“承诺”号的任务就是登上月球南极地区,探索南极的阴影坑内是不是有水冰资源。如果有的话,还要探明它的分布、浓度以及埋藏的状态。然而,这些阴影坑内常年没有光照,温度在零下200度左右,普通的月球车根本无法进入工作。只有搭载了核电池的“承诺”号才大有希望对其一探究竟。水冰是月球上最重要的资源之一,说白了就是月球上封存的水。对它进行电解可以获得人类所需的氧气、氢气。氢气可以用来补充火箭的推进剂,氧气可以供人类呼吸,水冰经过净化之后还可以直接饮用。可以说,它是人类在月球建立基地的前提。
▲月球基地想象图
近年,美国提出的“阿尔忒弥斯”计划,本就不是简简单单的重返月球,而是打算长期在月球上驻扎。其完整的任务规划,包括了无人探测找水冰、载人绕月、载人登月,之后要在环月轨道建立空间站,再建设月面的“阿尔忒弥斯”基地。再以月球为跳板,最终登陆火星。整个“阿尔忒弥斯”计划,带有和中国开展太空竞争的意图。而且中、美的重点,都放在了月球南极,也就是水冰资源的核心区。
尽管中国从来没有将探月工程、国际月球科研站等,说成是与美国进行竞争的项目。但所有人都很清楚,对于南极的水冰资源来说,中、美谁优先完成精细勘查,虽不代表就能据为己有,但也将有实实在在的优先开发优势。如今,中国虽然有“玉兔”月球巡视车,但并没有“承诺”号这样同等级的大功率核电池。“玉兔二号”上也有放射性同位素热源,但是只有3-3.5瓦的电功率,只能给设备保温,却不能发电驱动月球车在月面上行走。“玉兔二号”行走系统的电力来源主要还是太阳能+锂电池。美国“承诺”号的核电池,却已经能稳定输出110瓦左右的功率,也就是能点亮一盏台灯。但就这个功率,也已经足够驱动整车的动力电机、钻探机、相机、通信设备了,还能分出来一部分用于设备保温。
▲“玉兔二号”
有部分说法认为,在月球探测车这方面,随着美国推出“承诺”号,中国似乎已经相对落后了。实际上,中国并不是没有实力造得出这样的月球车,只是在一些方面受到了限制。首先,钚-238的生产门槛很高。早先“承诺”号据称要用掉数公斤钚-238,就遭到了美国国内的强烈反对。
后来还是挪用了部分当年奔赴土星的“卡西尼”探测器留存的钚-238,才勉强平息了众怒。因为这种资源太过稀缺,不能只用来制造核电池,还有其他很多项目都要用得到,所以在使用上确实受到一定限制。其次,中国与美国的任务规划并不同。中国现阶段的嫦娥系列是优先选择在日照区内活动的。在日照区内,太阳能的性价比是最高的,而且风险最低。在阴影区内活动,中国主要使用的是轨道飞越探测,而不是搭载了核电池的漫游车。第三,目前中国并不急于与美国竞速,所以没有必要赶速度。在后期真正要建立月球基地时,这样的探测车,我们也是造得出来的。