美国载人航天未来将何去何从?

全球技术地图 浏览次数: 2016-11-30 21:19

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  特朗普政府对NASA未来载人航天发展方向的作何抉择?美国2030年代中期登陆火星计划能否实现?

随着极具反转色彩的美国大选落下帷幕,特朗普新政会给美国及世界带来怎样的影响,便成为各国政府、学界与智库关注的焦点。从特朗普本人的讲话及其团队的阐述中,其在“保持美国在全球太空领域的领导地位”、“扩展公共和私人的合作伙伴关系”和“NASA任务要向深空转移”等方面与奥巴马政府的航天政策并无二致,而留下的最大悬念,将是新政府对NASA未来载人航天发展方向的抉择。

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  组织管理模式

  美国载人航天的管理体制是以总统和国会牵头,以美国国家航空航天局(NASA)为领导,以工业界和大学等科研单位为基础,公私结合的综合管理体制。具体来说,其组织管理机构分为三层:一是以总统与国会为主的最高决策层;二是以NASA为主的总体管理层;三是以工业界、科研部门、大学等为主的具体实施层。

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  载人航天与航天活动的关系

  美国的航天活动包括民用、军事和商业三个方面。

  与民用航天的关系。载人航天是民用航天的主体,每年经费预算约占NASA整个费用的近一半。

  与军事航天的关系。美国防部是军事航天的主管部门,目前国防部将整个军事航天发展任务交给空军航天司令部代理执行。载人航天与军事航天在管理层面相对独立,但在技术层面是相通、相互支撑的。

  与商业航天的关系。近年来,随着载人航天商业化脚步的加快,新型政企合作模式应运而生。目前,美国在近地轨道新型商业载人航天运输活动中,采用灵活、科学的采办流程,即NASA负责项目的监管与技术支持,商业公司则负责整体运营。

  

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  将载人登陆火星作为未来可预见的终极目标

  可持续地发展载人航天需要一个“终极目标”,该目标不应受政治、经济等不确定因素的影响,同时要确保美国在未来载人航天中的领先地位。在当前可预见技术范围内,人类能够到达近地轨道以外的地方只有有限几个,其中最具有探测价值的地方仅有月球和火星。奥巴马政府在这两者中选择了挑战难度更高的目标——火星。奥巴马希望NASA在2025年前可往返近地小行星,并在2030年代中期登陆火星。

  目前来看,只靠美国政府现阶段对NASA的投入,要在2030年完成载人火星任务,几乎是不可能的。虽然NASA载人火星任务的进展还算顺利(NASA在建的最强大火箭“太空发射系统(SLS) ”,预计将在2018年秋季首次发射;“猎户座”载人飞船,将于2018年完成绕月飞行),但由于资金不足,以及航天员抗辐射、火星安全着陆等关键技术尚未完全突破,依据目前NASA的规划,NASA在2030年最多仅能完成载人绕火星飞行任务。

  

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  三条发展载人航天的路径

  早在2014年6月,美国国家研究委员会(NRC)曾发布有关未来载人航天路线设定的报告—《探索路径:载人太空探索的理由与方法》。该报告提出了三条路径选择,即“小行星—火星”、“月球—火星”及“增强型路径”。

  第一条路径:小行星—火星(ARM-Mars)

  路径1包括3个目的地,即“小行星重定向任务”(ARM)、火卫、火星表面。ARM旨在验证SLS火箭和“猎户座”飞船在环月轨道的系统能力。之后,在火星临近区域选择直奔火卫的探测路径,最后着陆火星表面。

  路径1的总体评价:首先,技术跨越大,遗留给后续任务发展的关键技术多,如进入、下降和着陆(EDL)、火星表面居住系统、表面移动系统、机器人系统、火星上升飞行器和舱外活动(EVA)这6大关键技术;其次,在到达火星前, 实现的目标仅有小行星和火卫,可向公众展示的成果少, 民众意见会比较大;最后,一次性飞行要素居多,对后续任务的牵引作用不大。

  第二条路径:月球—火星(Lunar-Mars)

  路径2包括3个目的地,即月球短期驻留、月球前哨站、火星表面,旨在验证月球表面等地外天体长期驻留及表面操作的能力。在对飞行器、在轨操作以及宇航员健康问题进行考察和验证之后,最后着陆火星表面。

  路径2的总体评价: 首先相对于路径1,其技术跨度相对较小,在实现载人登火之前,可以完成大部分载人登火所需的关键技术,仅剩EDL和核热推进技术。对于未来技术攻关难度小、压力小;其次,一次性飞行要素少,只需研制大容量存储舱,对后续技术发展的支撑力度较大;再次,可实现月面长时间驻留,更大程度地获取科学价值,验证登陆火星所必需的行星表面测能力;最后,不足之处在于缺乏核热推进技术的验证。

  第三条路径:增强型路径(Enhanced Exploration)

  路径3包括6个目的地,即地月L2点、近地小行星、月球表面短期驻留、月球前哨站、火卫和火星表面。增强型路径是风险小、持续时间长、能力要素提升稳定的路径。首先在地月L2点和小行星任务中,侧重提升长期在轨空间居住能力;其次在月球表面任务中,侧重提升微重力环境下月面遥操作能力;再次,在火卫任务中,侧重提升先进的空间推进系统能力。最后,通过持续且稳定的技术开发和验证,逐步接近终极目标—火星。

  路径3的总体评价:第一,相对于前两种路径,技术跨越最小,可预期完成载人登火所需的大部分技术;第二,目的多样化,覆盖近地轨道、小行星、月球、火卫和火星;第三,由于探索目的地数量的增加,完成任务时间相对滞后,其最早实现登陆火星的时间约为2039年,而国际空间站最晚于2028年退役,这期间载人航天至少存在长达10年的断档期。

  对于NASA的载人登陆火星计划,在美国航天界一直存在异议。由于载人探索火星在技术和经济上都存在较大风险,而“重返月球”的风险相对较低,因此在美国国内,后者也有不少支持者。对于一个试图在未来20年到30年内实现全部载人火星任务的NASA来说,经常面对新任总统上台后对任务进行重大调整的情况,这绝非一个理想的状态。因此,特朗普能否找到更好的办法,以确保政府对NASA载人航天政策的持续支持,这更待观察。

  

作者丨孙顶琪

投稿丨gjjsjjyjs@126.com

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