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nasa登月計劃留給我們的科技

生活 更新时间:2025-01-10 13:23:54

美國國家航空航天局最近發布的阿爾忒彌斯計劃可謂是熱熱鬧鬧,那我們來看一下這個計劃到底是什麼樣的?

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阿爾特彌斯計劃是以希臘神話中月亮女神“阿爾特彌斯”命名的,計劃是在2019年7月20号人類首次載人登陸月球50周年紀念日發布的,其任務是在2024年實現第一位女性和第十三位男性登月,并将大面積探索月球,在月球建立永久基地。其計劃的遠期目标是利用其在登月階段的技術積累最終把人類送上火星。登月計劃分為階段1、階段2、階段3。

“阿爾特彌斯1号”(階段1)于2020年啟動,這是一次無人飛行,用來測試航天發射系統block火箭和獵戶座飛船。

“阿爾特彌斯2号”(階段2)于2022年啟動,這将是獵戶座航天發射系統的首次載人飛行測試。

“阿爾特彌斯3号”(階段3)将在2024年之前将宇航員送上月球,以後每年一次。

來看下阿爾特彌斯計劃的關鍵組件

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1.太空發射系統(SLS) Block 1火箭

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美國國家航空航天局的太空發射系統,簡稱SLS,是一種可升級的超重型運載火箭,SLS是唯一能夠将獵戶座、宇航員和貨物發送到月球執行單一任務的火箭。目前的block1高322英尺,重575萬磅。配置使用四個RS-25核心引擎和兩個5段固體火箭助推器,最大推力880萬磅,有效載荷26噸或5.7萬磅。後續将會根據任務升級為Block1B,載荷提升到37噸,遠期計劃Block2的前往火星的載荷将會達到45噸。

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固體火箭助推器(共5個),在猶他州的海角的諾斯羅普·格魯曼公司的技術人員正在往裡面澆鑄填充推進劑,推進劑的稠度就像橡皮泥一樣。每個助推器産生超過360萬磅的推力,将SLS和NASA的獵戶座宇宙飛船送上月球。

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9月19日,美國國家航空航天局完成了太空發射系統(SLS)火箭核心級主要結構部件的組裝。位于新奧爾良的美國國家航空航天局米克豪德組裝廠的工程師們将212英尺高的核心級的最後一塊完全集成在了一起,他們将發動機部分添加到之前組裝好的結構中。波音公司的技術人員将發動機部分固定在該階段的液氫推進劑箱上。發動機部分位于212英尺高的核心級的底部,是SLS火箭最複雜的硬件部件之一。

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149英尺高核心級被安裝在試驗台,工程師們在37個獨立的測試案例中測試了燃料箱,模拟了SLS火箭在飛行過程中的發射壓力。

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用火箭核心級的模拟器進行吊裝實驗

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美國國家航空航天局(NASA)位于新奧爾良的米豪德組裝工廠的工程師和技術人員已經将四個RS-25發動機中的第一個安裝到美國國家航空航天局(NASA)太空發射系統(SLS)火箭的核心平台上,NASA這次采取了協作外包的形式,Sls核心機主要由波音公司承造,RS-25發動機主要有洛克達英公司(Aerojet Rocketdyne)承造。發動機位于核心階段的底部,由液氫和液氧作為燃料,在發射和飛行期間,四個引擎将不間斷地點火8.5分鐘,每個噴嘴噴出的熱氣體可達到13倍聲速。


2.獵戶座飛船

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獵戶座飛船以夜空中最大的星座之一命名,它的設計靈感來自于50多年的航天研究和發展,專門為宇航員的深空任務設計,是美國宇航局阿爾特彌斯任務和未來太陽系探索的基礎設施的組成部分,獵戶座提供緊急中止能力,在宇航員執行任務期間為他們提供支持,并提供從深空返安全返回的能力。

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獵戶座載人飛船的生産和運營由科羅拉多州利特爾頓的洛克希德·馬丁公司承擔,截止到2030年9月30日,NASA将采購6~12架該飛船,目前每艘飛船的價格約為9億美元,未來有望降低到6億美元左右,飛船将在阿爾特彌斯2任務以後至少重複使用一次。

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8月28日,洛克達因公司在阿拉巴馬州亨茨維爾的紅石測試中心成功測試了抛棄式發動機。獵戶座飛船的發射中止系統(LAS)将配備三個可抛棄式發動機,用于執行與SLS火箭的分離任務,使船員繼續前往月球和火星的旅程或者在火箭發射終止時使船員能夠安全降落到地面。


3.Gateway門戶繞月前哨站

這一門戶将作為月球軌道前哨站,支持人類和科學探索月球。作為月球軌道上的一個指揮和服務模塊,該前哨站可以進化為支持更長時間的月球任務,以及對太陽系更深入的探索。NASA将定期向前哨站輸送氧氣、燃料和食物等物資。這個前哨探距離地球25萬英裡,5天的路程,将會成為宇航員們臨時的家和辦公室,這裡設置有生活區科學研究實驗室,訪問宇宙飛船的對接口,這個門戶前哨站也将成為月球探險和未來人類探險火星的大本營。

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後勤模塊停靠在月球軌道網關前哨站的概念圖

宇航員每年至少在裡面呆一次,但他們不會像國際空間站上的宇航員那樣一年到頭都呆在這裡。大門也小得多。它的内部大約是一個單間公寓的大小(而空間站比一個有六間卧室的房子大)。一旦對接,宇航員可以在飛船上生活和工作最多三個月,進行科學實驗,并進行月球表面旅行。即使沒有宇航員在場,先進的機器人和計算機也将在飛船内外進行實驗,自動将數據傳回地球。

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門戶前哨站的配置概念圖

NASA計劃用5到6次火箭發射來建造“門戶”号(相比之下,建造空間站需要34次發射),NASA與美國公司和國際航天機構合作,在未來10年内建造它。

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諾斯羅普·格魯曼公司網關概念圖,突出其栖息地設計

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洛克希德馬丁公司的概念設計,與最終的定稿很像,共有6家公司參與了NASA門戶前哨站的概念設計

4.月球着陸系統

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目前月球着陸系統仍在征求設計方案,典型的航天器開發周期需要6~8年的時間,而目前距離,航天員登月不到5年的時間,所以時間顯得很緊張,因此,NASA在保證安全的基礎上,簡化了采購流程,以期能夠按期交付。

5.新一代阿爾特彌斯太空服

美國東部時間10月15日下午2點,NASA在華盛頓NASA總部發布了新的下一代宇航服,

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圖片自左至右:宇航服工程師艾米·羅斯,美國宇航局約翰遜航天中心(左一)、美國宇航局局長吉姆Bridenstine(左二)、穿着地面原型NASA的新探索艙外移動單元(xEMU)的美國宇航局約翰遜航天中心宇航服工程師Kristine戴維斯、穿着獵戶座船員生存系統(OCSS)套裝的乘員生存系統項目經理達斯汀Gohmert

白色的新探索艙外移動單元(xEMU)主要是作為獨立的個人太空飛船在太空行走時穿在飛船外面。

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新設計的xEMU太空服主要用于倉外作業、太空行走和執行月球任務以及後續的火星任務,可以抵禦-156至121攝氏度的嚴酷環境,并且可以通過數字化匹配為每個男宇航員和女宇航員量身打造。

相對于上一次探月的阿波羅太空服,新太空服的機動性大大增強,更容易走路而不至于摔倒,增強了關節及肩膀部位的運動能力,手套也更加靈巧,可以更靈活的抓住東西。

盡管有了許多先進的改進,但是宇航員還是得穿着尿布。

橙色的獵戶座船員生存系統(OCSS)是在執行高風險任務時穿在飛船裡面,比如在發射和穿過地球大氣層返回大氣層時穿在獵戶座飛船裡面。

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外表橙色的“獵戶座船員生存系統”(OCSS)是為阿爾特彌斯(Artemis)登月任務量身定制的,獵戶座太空服,或被稱為飛行服或發射和進入太空服,進行了從頭到腳全方位的改進。

從頂部開始,頭盔上的一些功能可以改善舒适性和功能。這種頭盔更輕、更結實、尺寸不止一種,有助于降低噪音,而且更容易連接到與其他機組成員和任務控制中心通話所需的通信系統。

外層是橙色的,以便船員在沒有救援人員幫助的情況下離開“獵戶座”時,在海洋中很容易辨認出來。外層的肩部加強,以便更好地接觸,并具有防火性能。

改造過的拉鍊還能讓宇航員迅速穿上宇航服,增加了強度。新的适應性接口提供空氣并去除呼出的二氧化碳。改進了熱管理系統,在外層下面有一件液體冷卻衣,有點像嵌入冷卻管的保暖内衣,經過了改進,更透氣,更容易制作,可以幫助宇航員保持涼爽和幹燥。

手套是宇航服中磨損最嚴重的部分,它更耐用,與觸摸屏兼容。改進後的靴子能在着火的情況下提供保護,更合适,并幫助宇航員更靈活地行動。

獵戶座太空服的尺寸将為每個宇航員量身定制。

宇航服是一種壓力服,它包括一個約束層來控制形狀和方便宇航員運動,盡管獵戶座太空服最初是為發射和重返大氣層而設計的,但如果獵戶座在前往月球的旅途中失去艙内壓力,在調整軌道的過程中或是在返回地球的途中,獵戶座太空服仍能讓宇航員存活。在返回地球的途中,宇航員可以在宇航服裡生存6天。宇航服還配備了一套救生裝備,以防在救援人員到達之前,他們墜入海中而無法離開獵戶座,包括救生衣、一個個人定位信标、一把救援刀和一個帶有鏡子、閃光燈、哨子和熒光棒的信号裝置。

通過廣泛的設計和工程改進,獵戶座太空服将有助于為執行阿爾特彌斯(Artemis)月球任務和準備未來火星任務的宇航員提供更多保護。

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