藍月著陸器亮相,何時才能飛向月球?
來源:科普中國
發布時間:2023-11-16
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近日,美國宇航局局長尼爾森參觀藍色起源公司,該公司借機公布了藍月月球著陸器貨運版的全尺寸模型。這個(ge) 貨運著陸器名為(wei) “藍月MK1”,它將為(wei) 藍月MK2載人著陸器驗證一係列關(guan) 鍵技術。但是,藍月著陸器何時飛向月球仍未公布,載人登月的時間節點就更令人憂慮了。


強悍的貨運能力

藍色起源公司作為(wei) 超級富翁貝索斯的“心頭肉”,在商業(ye) 航天公司中的技術實力僅(jin) 次於(yu) SpaceX公司。貝索斯還利用人脈積極遊說,在美國宇航局的載人登月著陸器競標中扳回一局重啟競標,又在2023年5月擊敗競爭(zheng) 對手,拿到了美國宇航局第二輪載人登月器合同。


藍月MK1著陸器效果圖

藍月著陸器拿到美國宇航局的合同並非偶然。它是一種非常先進的高性能月球著陸器,雖然現在隻有一個(ge) 貨運版的全尺寸模型,但藍月MK1著陸器的技術性能相當驚人。據藍色起源公司介紹,未來將使用該公司正在研製的新格倫(lun) 火箭發射藍月MK1著陸器。藍月MK1著陸器隻需用單枚新格倫(lun) 火箭發射,它受益於(yu) 新格倫(lun) 火箭直徑7米、長度21.9米的大型整流罩,以及近地軌道45噸的龐大運力。


“藍月MK1”體(ti) 積重量比現有著陸器大得多,性能也十分強悍。藍月著陸器使用高性能的液氧液氫推進劑,配合高比衝(chong) 的BE-7氫氧發動機,運載能力自然出色。藍色起源公司官網驕傲地提到,藍月MK1著陸器具備將最重3噸的載荷貨物運送到月麵任何位置的能力。


3噸貨運數據看起來平淡,但橫向對比相當驚人。印度前不久成功著陸月球的月船三號著陸器,全重隻有約1.75噸。至於(yu) 美國商業(ye) 月球載荷服務項目下那些中小型著陸器,貨運能力就更是慘不忍睹了。美國準備於(yu) 2024年發射的極地探索漫遊者月球車隻有430公斤重,美國好奇號和毅力號大型火星車,也才約1噸重。如果隻考慮質量因素,藍月MK1貨運著陸器能把7輛極地探索漫遊者月球車送上月球表麵。即使考慮到載荷體(ti) 積的約束,也能運送遠比“好奇號”還大的月球車。它還將用於(yu) 運送各種後勤補給物資、月球科考站和基地的基礎設施,以及各種科學研究載荷,極大地增強美國的月球科考能力。


高性能的關(guan) 鍵係統

藍月MK1著陸器在技術上也可圈可點。藍色起源公司稱,第一個(ge) 藍月MK1著陸器編號為(wei) MK1-SN001,這將是一次純演示任務。從(cong) SN002任務開始,著陸器將搭載客戶載荷提供商業(ye) 貨運服務。


MK1-SN001任務將對藍月著陸器的關(guan) 鍵子係統——BE-7氫氧發動機、低溫推進劑管理、飛控電子設備、通信導航控製係統進行實際驗證,證明這些關(guan) 鍵子係統的可靠性和著陸器整體(ti) 設計的可行性,以及驗證100米內(nei) 精確著陸月麵的能力。


藍色起源公司正在開發先進、高性能的BE-7氫氧發動機。它使用3D打印/增材製造技術,雙膨脹循環輸送氫氧推進劑,真空推力約為(wei) 4.54噸。發動機整體(ti) 設計十分簡潔,同時具有453秒的真空比衝(chong) ,是藍月著陸器強大運力的基礎。


為(wei) 實現精確著陸,藍色起源公司還在研製使用激光雷達的地形定位係統,著陸係統將在新謝潑德例行的亞(ya) 軌道飛行中進行著陸測試,隨後在藍月MK1月球著陸器上試驗。藍色起源公司表示,研製中的精確軟著陸係統能把著陸精度偏差值降低到個(ge) 位數。


毫不誇張地說,藍月MK1著陸器一旦成為(wei) 現實,美國無人探月能力將實現飛躍性的提升。“藍月MK1”還隻是無人貨運著陸器,藍月MK2著陸器性能更強,它極其激進地使用液氧液氫推進劑在軌補加技術,使用多台BE-7發動機,具備將4名航天員送上月球表麵並支持他們(men) 活動長達一個(ge) 月的能力。“藍月MK2”也會(hui) 有貨運版,重複使用時運力最大為(wei) 20噸,一次性使用時更是提高到30噸,具備運送20噸級月球居住艙、建設月球基地的能力。


奔月何時成行?

藍色起源公司介紹中的藍月著陸器先進而強大,能夠滿足美國航天從(cong) 近期無人探月、中期載人登月到遠期建設月球基地的需求。夢裏走了很多路,醒來時還是躺在床上。從(cong) 藍色起源公司和藍月著陸器的發展史來看,藍月著陸器離夢想成真還有很長一段路要走。


美國宇航局局長參觀藍月著陸器模型


首先,藍月著陸器的研製史讓人無法樂(le) 觀。“藍月”其實並非阿爾忒彌斯計劃啟動後提出的新概念,早在2016年,藍色起源公司就雄心勃勃地提出了藍月著陸器的設想,2017年藍月項目正式對外公開。最早的藍月著陸器具備將4.5噸載荷送上月球表麵的能力,而且號稱要在2020年進行首次登月。


隨著美國啟動載人登月計劃,藍色起源公司大力推銷藍月著陸器,2019年5月首次展示藍月模型,並宣傳(chuan) 它具備將6.5噸載荷送上月麵的能力,增強的載人和貨運型著陸器性能更強。


2019年10月,藍色起源公司牽頭,聯合洛·馬、諾·格和Draper公司組成“國家隊”,以3艙登月器設計競爭(zheng) 阿爾忒彌斯計劃的載人著陸器。這個(ge) 設計和早期的藍月著陸器截然不同,並在招標中輸給了登月版“星艦”。藍色起源公司在一番政治運作後,重獲招標機會(hui) 。


2023年,藍色起源公司拿到合同卷土重來,這回藍月著陸器的設計又與(yu) 過去大相徑庭。藍月著陸器反複折騰更改設計,現在展出的也隻是實物模型,而不是裝配中的真實著陸器。考慮到組裝完成後還需要進行大量測試,“藍月”的研製進度實在不容樂(le) 觀。


此外,藍月著陸器奔向月球,技術上也存在諸多“攔路虎”。首先是作為(wei) “坐騎”的新格倫(lun) 火箭。新格倫(lun) 火箭最早計劃於(yu) 2020年首飛,但現在經過3次推遲後已改為(wei) 2024年首飛,而且不排除進一步推遲的可能。藍月著陸器的研發進度是更大的問題。BE-7氫氧發動機作為(wei) “藍月”的核心動力,到今年3月底熱試車才累計超過4000秒,對比其他上麵級氫氧發動機,仍需要更多的試車來驗證其可靠性。而藍月的飛控和軌姿控係統,以及精確著陸技術,也都需要盡快完成開發。根據今年10月《航空周刊》報道,藍月MK1著陸器的首次任務已從(cong) 2024年推遲到不早於(yu) 2026年。考慮到藍色起源公司的研製時間節點一貫拖延不靠譜,3年內(nei) 藍月MK1-SN001飛向月球的可能性並不大。


在阿爾忒彌斯計劃的時間表中,2029年的阿爾忒彌斯5任務將使用藍月MK2著陸器,而“藍月MK2”的無人登月演示應該是在2027年。藍月MK2著陸器體(ti) 量更大不說,還要在軌補加液氧液氫推進劑。目前液氧液氫在地麵加注的難度就已經很大了,大量氫氧推進劑在軌加注更是難上加難。很難想象2027年藍月MK2著陸器能演示登月,更不要說2029年載人登月了。10年後藍月MK2著陸器能執行載人登月任務,都是已經是非常樂(le) 觀的預期了。(作者:張雪鬆 圖片來源:藍色起源 把關(guan) 專(zhuan) 家:中國航天科技集團科技委副主任 江帆)


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