最近,中美登月的时间表又成了热门话题。美国把载人重返月面的目标定在2028年,中国的目标是2030年前实现首次载人登月。两个年份一摆,舆论的焦点很容易变成简单的时间早晚。
先到当然有优势。先验证着陆、先获得现场数据、先摸清设备在月面怎么工作,都能给后续任务减少麻烦。我们当然应该重视进度,也应该为美国的进展保持紧迫感。
但中国登月最该争取的,是把每一次出发都变成后面还能用的能力。一次飞行获得的经验,能否用于下一次发射;留下的设备,能否继续支持研究,这些才会逐步拉开探月能力的差距。
先到的优势,来自下一次任务美国自己也在调整登月的做法。
今年10月,NASA公布了更新后的登月器方案。星舰仍计划先在地球轨道汇集推进剂,再执行后续飞行;蓝色起源则为冲击2028年的载人任务,暂缓推进剂转移方案,改用多个转移级接续推动飞行器前往月球。
两条路线,解决的是同一个难题:怎样把载荷、推进剂和航天员组织起来,安全完成往返。采用不同办法,会把技术难度放到不同环节。星舰要解决太空中的推进剂汇集,另一条路线要解决多个飞行器和转移级的发射、对接与协同。
美国正通过调整轨道、运输方式和验证顺序,争取把不同系统的进度衔接起来。某一环节有突破,其他配套环节也要跟上,才能组成完整任务。
新的阿尔忒弥斯三号任务计划在2027年进行,安排约14天的近地轨道飞行,验证猎户座飞船与两种商业登月器试验型号的交会对接。两家公司的载人登月器还都要先完成无人演示任务。
单个设备在地面通过测试,装到一起飞又会出现新问题。不同飞船的软件要配合,对接时的姿态控制要协调,航天员进入另一个舱段后,生命保障系统也要稳定工作。真实飞行检验的,正是这些设备连接起来之后的表现。
抢先完成验证,价值就在这里。一次飞行发现的问题,能够反过来修改设计、完善操作流程,下一次任务便有机会少走弯路。持续飞行的团队,也更容易保住人才、经验和供应能力。
所以,把美国的投入概括成政治表演,会低估对手。阿波罗最后一次登月任务在1972年完成,任务中已经包含地质采样、月球车巡视和月面实验。它留下的科学价值,远远超出登月当天的新闻。
我们需要争取的,也是能不断积累的成果。最值得警惕的情形,是一项工程在庆祝首次成功时获得全部关注,后续试验、补给和科学研究却接不上。
月球上最难的,是让设备一直干活聊月球开发,经常会聊到水。
月球极区一些长期照不到太阳的地方,已经确认存在水冰。水可以供人使用,分解后得到的氧和氢,还具有支持生命保障与推进剂生产的潜力。如果能就地获取,未来任务便有机会减少从地球运送部分物资的负担。
但问题就出在“照不到太阳”上。
水冰能在那些永久阴影区保存,正是因为太阳照不到,温度很低。可开采设备需要电,仪器需要保温,挖出来的物质要经过处理,提取出来的水还要储存。要在这些地方干活,供能和热控方案得跟着一起解决。
一辆月球车抵达含冰区域,接下来每向前开一段,都可能遇到坡度、光照、通信和剩余电量之间的取舍。科研团队希望多走一点、多看一点,工程团队必须保证车辆能够继续工作。长期探测的本领,就在这些具体取舍中积累。
因此,探测到水冰之后,后续任务仍需要查明它的分布、含量和赋存状态,再试验怎样取出来。科学家关注月球的演化历史,工程师关注能否稳定利用资源,两种需求可以由同一批探测任务逐步回答。
美国的月面车辆计划也在围绕这种持续使用展开。按10月公布的安排,车辆将在航天员抵达前通过遥控开展地形测绘,记录照明、导航、能量消耗等环境和运行数据,随后再为有人任务服务。
车辆先在月面工作,航天员到来时便多了一份现场经验。人离开后,设备如果还能继续运行,下一批任务就可以利用更多数据。这会改变每次登月都从头准备的做法。
通信和导航同样如此。月球上活动的设备越多,彼此怎样交换信息、怎样确定位置,就越需要协调。NASA、欧洲航天局和日本宇宙航空研究开发机构正在共同制定相关互操作规范,让不同机构的系统能够按约定的接口提供服务。
这里有很具体的产业含义:一家机构的设备能被更多任务使用,研发和运行投入才有机会在多次任务中发挥作用。对中国而言,能够自己提供可靠的通信、定位和月面作业能力,才有更扎实的条件参与合作与规则讨论。
谁先到,确实会多一些积累这些经验的机会。谁能把设备长期用起来,谁才更有机会把先到的优势继续扩大。
中国要争的,是自己决定怎么去、做什么中国的探月布局,正在把不同任务之间的联系做得更具体。
今年5月公布的信息明确,载人登月和无人探月从任务、资源、队伍方面进行整合,统称为月球探测工程。近地载人运输系统与登月运输系统也采用一体化设计与研制,让空间站飞行任务承担部分技术验证工作。
载人登月的一些关键技术,有条件先在近地空间试验,发现问题、修改设计,再用于距离更远、处置更困难的任务。共同的设计也让近地任务积累的经验,更方便用于登月系统。
天舟十号搭载的微重力环境下贮箱液体晃动试验,就是一个具体例子。推进剂在贮箱里怎样运动,会影响飞行器的控制。先获得真实环境中的试验数据,有助于检验登月相关飞行器的技术要求是否合理。
科研站、长期驻留这些目标,最终都要落实到这样的工作上。把已经建立的空间站能力用来支持探月,也能让前期投入继续产生价值。
这条路同样要服从实际工程条件。嫦娥七号原定在今年窗口发射,8月的官方通报明确,任务不满足发射条件,不能在预定窗口实施。中国也需要把尚未完成的环节一个个做扎实,南极环境与资源勘察仍有具体任务要推进。
揽月着陆器无人飞行载荷征集公告中提出:载人登月前,拟先安排揽月无人飞行,并向国内机构征集科学与技术试验项目。单次任务搭载载荷总质量不超过50千克,总功耗一般不超过100瓦。搭载本身不收费,项目的研制和实施费用由项目单位自筹。
这些条件把“参与探月”变成了能着手设计的项目。研究团队要决定带什么仪器,用有限的重量和电力回答什么问题,还要准备研制、测试和联试的经费。无人飞行因此可以同时承担工程验证与科学试验,让同一次出发产生更多成果。
这也提醒我们,航天投入的效益需要认真组织。给更多团队搭载机会,还要有清楚的接口、可执行的试验计划,以及后续处理和使用数据的能力。仪器到了月球,研究工作才进入新的阶段。
带回地球的样品,也能持续打开合作空间。今年4月,中国批准了法国、英国和土耳其三家机构第二批嫦娥五号月球样品国际借用申请,研究内容包括撞击历史、光谱与矿物学分析。
一次采样之后,不同实验室可以围绕不同问题继续研究。仪器和分析方法进步,还可能让已有样品提供新的信息。这样的科研积累,让中国能够凭自己取得的独特材料参与国际合作,也让中国科学家有机会提出新的研究问题。
自主往返、持续试验、开放研究,这些能力接起来,我们才有条件按照自己的科学目标安排后续任务。国家航天工程的价值,也由此进入更多实验室和科研团队的日常工作。
写在最后中国航天员第一次踏上月面,当然值得期待,也值得为之全力争取。美国的每一步进展,同样值得认真研究。
我们需要的自信是把试验中发现的问题解决掉,让后续任务少一些未知;是把带回来的样品研究好,让一次飞行产生更长久的科学价值。这样的积累越扎实,中国选择探月目标、组织国际合作的空间就越大。
中国人首次登月一定会会留下一个历史日期。而此后的持续出发,最终决定我们能在月球上做成多少事。