美國宇航局在月球預算方面的10個備選方案

一年前,美國航天局開始了自阿波羅計劃以來第一次重返月球計劃。在白宮的指示下,美國宇航局計劃在2024年前實現宇航員月球南極登陸。今年2月,美國宇航局給這項“阿耳特彌斯月球計劃”定下了一個價格,即在未來5年內,該計劃的價格比現有預算高出350億美元。


美國宇航局在月球預算方面的10個備選方案


當然,天有不測風雲。在美國宇航局公佈這一成本估算數週後,COVID-19帶來的威脅中止了太空預算辯論。此外,航天局的大部分主要登月硬件開發項目都暫時停止。說實話,誰也無法預測這場疫情會對這項重返月球計劃帶來多大的影響,但美國聯邦政府的預算很有可能會有所改變。

因此,在政府太空飛行活動暫停期間,或許值得一問,月球值得嗎?當然,對人類航天界來說,登月是一個合乎邏輯的步驟。它提供了一個合理的位置來測試我們將人類飛出低地球軌道的能力,以及人類在太空經濟活動的下一個前沿。

另一方面,5年內350億美元是一大筆錢。阿耳特彌斯不能保證它會成功,美國宇航局完全可以用這些錢來做更多有意義的事。

美國宇宙探索愛好者們為此提供了眾多猜測,主要歸納為十個想法:

一、尋找小行星,然後偏轉或開採它們

保護地球不受致命小行星的傷害一直是美國宇航局最優先考慮的問題。然而,近年來,美國宇航局花費不到預算的1%,即每年約1.5億美元來追蹤和描述太空中的危險物體。

最近,美國宇航局提議建造一個6億美元的天基近地天體監視望遠鏡,在5年內探測到65%的140米或更大的未發現小行星,10年內探測到90%的小行星。有了更多的資金,美國宇航局可以建造第二個天基望遠鏡,並用地面觀測站對其進行補充。

同時,航天局還可以進行更多的任務,如對小行星進行危險評估,偏移具有潛在威脅的小行星等;還可以在研究小行星的同時,發現小行星上更多的稀有金屬,並對其進行開採研究。

這樣做除了保護地球免受小行星威脅外,還可以用小行星上的稀有金屬帶來萬億美元的財富,同時避免地球露天開採對環境的破壞。

二、探索太陽系


美國宇航局在月球預算方面的10個備選方案


近幾十年來,美國宇航局(NASA)在一系列太陽系行星及衛星探索任務中,獲得了巨大成功。航海家、伽利略號、卡西尼號、新視野號、火星上的六架著陸器以及其他一批航天器,增加了世人對太陽系的諸多瞭解。

人類對太陽系的探索可以說是剛剛起步,太陽系中還有太多的秘密等待我們去揭示。如其他星球是否存在生命,或曾經存在生命,其他星球的可居住性以及可改造性等等。

歸根結底,美國國家航空航天局(NASA)可以在未來20年內,通過使用機器人探險家,展示太陽系的全景圖片,而不是將幾個人類送上月球表面。

三、地球近地軌道垃圾清理


美國宇航局在月球預算方面的10個備選方案


考慮到已經在低地球軌道和地球靜止軌道上運行的數千顆衛星,美國宇航局應該把重點放在保障所有人的近地環境安全上。賓夕法尼亞州匹茲堡上空的兩顆衛星在1月底以15公里/秒的相對速度接近對方,這種危險情況或許將來會更加頻繁。

同時,現在地球近地軌道上飛行著約50萬個藍莓大小的碎片,更有超過1億個幾毫米的小碎片,且這些數字還在不斷增加。

現在還沒有一家機構來負責清理這些太空垃圾,宇宙探索愛好者認為這一行動比登月更有必要。

四、鼓勵私人太空探索

一系列獎勵有可能推動太空探索工業持續發展。如鼓勵工業界開發太空加油、可重複使用的著陸器、在軌建造等技術。所有先進成熟的技術最終會成為未來更經濟的太空飛行的基礎。

五、航空核動力


美國宇航局在月球預算方面的10個備選方案


裂變反應堆加熱氫等推進劑,使其通過噴嘴加速。核熱推進需要的燃料比化學火箭少得多,因此理論上可以將從地球到火星的旅行時間從六個月縮短到三個月以下。

除了在空間開發和試驗核發動機的技術挑戰外,還有許多管理和政府間問題有待解決。因此,只有像美國宇航局這樣的大型政府機構才能真正使這樣的技術發揮作用。但如果該機構真的要把人類送上火星和太陽系的其他地方,太空中更快的推進器便是一個很好的開始。

六、支持商業空間

在過去的十年中,美國宇航局將其大部分的勘探資金用於傳統航空承包商的成本加成合同中。他們已經習慣於(緩慢地)建造獵戶座飛船、空間發射系統火箭,以及肯尼迪航天中心等似乎沒完沒了的地面支持項目。

考慮到美國宇航局將繼續以每年數十億美元的資金支持這些項目,而不考慮阿爾忒彌斯,選擇投資350億美元給商業航天公司,這些公司的純固定價格合同往往進展得更快。例如,美國宇航局預先購買“藍色起源”的新格倫和SpaceX的星際飛船火箭的一系列5次或更多的發射。

美國航天局也可以以純商業的方式與工業界合作,為聯合發射聯盟及其ACES上層提供固定價格的服務合同,以演示在軌加油,這是使太空飛行負擔得起的基礎技術。

美國航天局有很多方法可以做到這一點,但基本目標仍然不變:投資於成本效益高的技術,從而降低到達太空和轉移目的地的成本。如果我們要從一些在太空工作的訓練有素的宇航員過渡到讓太空成為人類廣泛活動的地方,那麼就需要改變。很明顯,很多太空迷對緩慢的、成本加成的合同現狀感到失望。

七、瞭解地球,應對氣候變化

美國航天局在軌道上運行著幾顆衛星,以研究地球氣候系統,但其中一些基礎設施正在老化或未能利用新技術。然而,公眾始終把監測地球氣候系統列為美國宇航局的最高優先事項之一。

建立一個更加健全的氣候監測系統,以便更好地向公眾通報世界正在發生怎樣的變化,同時可以更好地向決策者通報如何應對氣候變化。

這樣就可以用更小的誤差條更快地回答關於氣溶膠、雲和降水的重要問題。這些任務中只有一小部分與氣候變化有關,因為對水資源規劃人員、災害監測人員、保險公司、貿易商、風暴準備人員、天氣預報員等都有巨大的共同利益。用350億美元來研究這些問題,可以說是在改變地球。

八、資助大型天文學

在20世紀90年代和21世紀初,美國宇航局領導開發了四個“大天文臺”,改變了我們對宇宙的理解:哈勃太空望遠鏡、斯皮策太空望遠鏡、錢德拉X射線天文臺和康普頓伽馬射線天文臺。

目前,美國航天局正在考慮為四個不同的空間觀測站提出不同的建議,這些觀測站將採取下一步行動,無論是最終資助可居住的系外行星探索還是超強大的X射線觀測站。目前的目標是在21世紀30年代中期推出一個價值數十億美元、雄心勃勃的項目。

有了350億美元,美國國家航空航天局就可以一次把所有的資金都投入其中。美國國家航空航天局(NASA)不必再回到月球上,而是可以真正探索整個宇宙。

九、火星飛船


美國宇航局在月球預算方面的10個備選方案


美國宇航局應該把賭注押在SpaceX上,作為宇航局目前勘探工作的後盾。

在最近與Ars的一次對話中,SpaceX的創始人Elon Musk概述了他建造一個可重複使用的星際飛船艦隊的計劃,以解決火星與人類的關係。SpaceX確實希望派遣數千人前往火星定居這顆紅色星球。

因此,與其花費350億美元資助一項可能失敗的傳統月球探測計劃,不如資助一項非傳統的計劃,將大量人類送上同樣可能失敗的火星?

SpaceX在製造火箭方面有很多專業知識,但如果要實現馬斯克的火星夢想,公司可能需要工程師和美國航天局的大量幫助。航天局已經做好了提供幫助的準備。幾十年來,美國宇航局的科學家、工程師和任務規劃師一直在研究和建造在微重力環境下以及在紅色星球表面維持人類長期生存所需的技術。

十、太空電梯

長期以來,太空電梯一直是工程師的夢想,幾乎完全是一個理論命題。但考慮到將材料送入太空的高昂成本接近每公斤2萬美元,但以每公斤100美元的價格將材料送入軌道的太空電梯的前景聽起來非常誘人。

空間電梯的基本概念非常簡單。在地球靜止軌道上,一根纜繩從地面的基座延伸到配重上。當一輛大型汽車在纜繩上爬上爬下時,可以沿途建造停車場,如近地軌道。為纜繩尋找合適的材料是許多工程挑戰之一。

目前,科學界正在調查這種做法的可行性。

成本不得而知,但至少可能會下降到數百億美元。將是一個工程挑戰。


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