美国宇航局在月球预算方面的10个备选方案

一年前,美国航天局开始了自阿波罗计划以来第一次重返月球计划。在白宫的指示下,美国宇航局计划在2024年前实现宇航员月球南极登陆。今年2月,美国宇航局给这项“阿耳特弥斯月球计划”定下了一个价格,即在未来5年内,该计划的价格比现有预算高出350亿美元。


美国宇航局在月球预算方面的10个备选方案


当然,天有不测风云。在美国宇航局公布这一成本估算数周后,COVID-19带来的威胁中止了太空预算辩论。此外,航天局的大部分主要登月硬件开发项目都暂时停止。说实话,谁也无法预测这场疫情会对这项重返月球计划带来多大的影响,但美国联邦政府的预算很有可能会有所改变。

因此,在政府太空飞行活动暂停期间,或许值得一问,月球值得吗?当然,对人类航天界来说,登月是一个合乎逻辑的步骤。它提供了一个合理的位置来测试我们将人类飞出低地球轨道的能力,以及人类在太空经济活动的下一个前沿。

另一方面,5年内350亿美元是一大笔钱。阿耳特弥斯不能保证它会成功,美国宇航局完全可以用这些钱来做更多有意义的事。

美国宇宙探索爱好者们为此提供了众多猜测,主要归纳为十个想法:

一、寻找小行星,然后偏转或开采它们

保护地球不受致命小行星的伤害一直是美国宇航局最优先考虑的问题。然而,近年来,美国宇航局花费不到预算的1%,即每年约1.5亿美元来追踪和描述太空中的危险物体。

最近,美国宇航局提议建造一个6亿美元的天基近地天体监视望远镜,在5年内探测到65%的140米或更大的未发现小行星,10年内探测到90%的小行星。有了更多的资金,美国宇航局可以建造第二个天基望远镜,并用地面观测站对其进行补充。

同时,航天局还可以进行更多的任务,如对小行星进行危险评估,偏移具有潜在威胁的小行星等;还可以在研究小行星的同时,发现小行星上更多的稀有金属,并对其进行开采研究。

这样做除了保护地球免受小行星威胁外,还可以用小行星上的稀有金属带来万亿美元的财富,同时避免地球露天开采对环境的破坏。

二、探索太阳系


美国宇航局在月球预算方面的10个备选方案


近几十年来,美国宇航局(NASA)在一系列太阳系行星及卫星探索任务中,获得了巨大成功。航海家、伽利略号、卡西尼号、新视野号、火星上的六架着陆器以及其他一批航天器,增加了世人对太阳系的诸多了解。

人类对太阳系的探索可以说是刚刚起步,太阳系中还有太多的秘密等待我们去揭示。如其他星球是否存在生命,或曾经存在生命,其他星球的可居住性以及可改造性等等。

归根结底,美国国家航空航天局(NASA)可以在未来20年内,通过使用机器人探险家,展示太阳系的全景图片,而不是将几个人类送上月球表面。

三、地球近地轨道垃圾清理


美国宇航局在月球预算方面的10个备选方案


考虑到已经在低地球轨道和地球静止轨道上运行的数千颗卫星,美国宇航局应该把重点放在保障所有人的近地环境安全上。宾夕法尼亚州匹兹堡上空的两颗卫星在1月底以15公里/秒的相对速度接近对方,这种危险情况或许将来会更加频繁。

同时,现在地球近地轨道上飞行着约50万个蓝莓大小的碎片,更有超过1亿个几毫米的小碎片,且这些数字还在不断增加。

现在还没有一家机构来负责清理这些太空垃圾,宇宙探索爱好者认为这一行动比登月更有必要。

四、鼓励私人太空探索

一系列奖励有可能推动太空探索工业持续发展。如鼓励工业界开发太空加油、可重复使用的着陆器、在轨建造等技术。所有先进成熟的技术最终会成为未来更经济的太空飞行的基础。

五、航空核动力


美国宇航局在月球预算方面的10个备选方案


裂变反应堆加热氢等推进剂,使其通过喷嘴加速。核热推进需要的燃料比化学火箭少得多,因此理论上可以将从地球到火星的旅行时间从六个月缩短到三个月以下。

除了在空间开发和试验核发动机的技术挑战外,还有许多管理和政府间问题有待解决。因此,只有像美国宇航局这样的大型政府机构才能真正使这样的技术发挥作用。但如果该机构真的要把人类送上火星和太阳系的其他地方,太空中更快的推进器便是一个很好的开始。

六、支持商业空间

在过去的十年中,美国宇航局将其大部分的勘探资金用于传统航空承包商的成本加成合同中。他们已经习惯于(缓慢地)建造猎户座飞船、空间发射系统火箭,以及肯尼迪航天中心等似乎没完没了的地面支持项目。

考虑到美国宇航局将继续以每年数十亿美元的资金支持这些项目,而不考虑阿尔忒弥斯,选择投资350亿美元给商业航天公司,这些公司的纯固定价格合同往往进展得更快。例如,美国宇航局预先购买“蓝色起源”的新格伦和SpaceX的星际飞船火箭的一系列5次或更多的发射。

美国航天局也可以以纯商业的方式与工业界合作,为联合发射联盟及其ACES上层提供固定价格的服务合同,以演示在轨加油,这是使太空飞行负担得起的基础技术。

美国航天局有很多方法可以做到这一点,但基本目标仍然不变:投资于成本效益高的技术,从而降低到达太空和转移目的地的成本。如果我们要从一些在太空工作的训练有素的宇航员过渡到让太空成为人类广泛活动的地方,那么就需要改变。很明显,很多太空迷对缓慢的、成本加成的合同现状感到失望。

七、了解地球,应对气候变化

美国航天局在轨道上运行着几颗卫星,以研究地球气候系统,但其中一些基础设施正在老化或未能利用新技术。然而,公众始终把监测地球气候系统列为美国宇航局的最高优先事项之一。

建立一个更加健全的气候监测系统,以便更好地向公众通报世界正在发生怎样的变化,同时可以更好地向决策者通报如何应对气候变化。

这样就可以用更小的误差条更快地回答关于气溶胶、云和降水的重要问题。这些任务中只有一小部分与气候变化有关,因为对水资源规划人员、灾害监测人员、保险公司、贸易商、风暴准备人员、天气预报员等都有巨大的共同利益。用350亿美元来研究这些问题,可以说是在改变地球。

八、资助大型天文学

在20世纪90年代和21世纪初,美国宇航局领导开发了四个“大天文台”,改变了我们对宇宙的理解:哈勃太空望远镜、斯皮策太空望远镜、钱德拉X射线天文台和康普顿伽马射线天文台。

目前,美国航天局正在考虑为四个不同的空间观测站提出不同的建议,这些观测站将采取下一步行动,无论是最终资助可居住的系外行星探索还是超强大的X射线观测站。目前的目标是在21世纪30年代中期推出一个价值数十亿美元、雄心勃勃的项目。

有了350亿美元,美国国家航空航天局就可以一次把所有的资金都投入其中。美国国家航空航天局(NASA)不必再回到月球上,而是可以真正探索整个宇宙。

九、火星飞船


美国宇航局在月球预算方面的10个备选方案


美国宇航局应该把赌注押在SpaceX上,作为宇航局目前勘探工作的后盾。

在最近与Ars的一次对话中,SpaceX的创始人Elon Musk概述了他建造一个可重复使用的星际飞船舰队的计划,以解决火星与人类的关系。SpaceX确实希望派遣数千人前往火星定居这颗红色星球。

因此,与其花费350亿美元资助一项可能失败的传统月球探测计划,不如资助一项非传统的计划,将大量人类送上同样可能失败的火星?

SpaceX在制造火箭方面有很多专业知识,但如果要实现马斯克的火星梦想,公司可能需要工程师和美国航天局的大量帮助。航天局已经做好了提供帮助的准备。几十年来,美国宇航局的科学家、工程师和任务规划师一直在研究和建造在微重力环境下以及在红色星球表面维持人类长期生存所需的技术。

十、太空电梯

长期以来,太空电梯一直是工程师的梦想,几乎完全是一个理论命题。但考虑到将材料送入太空的高昂成本接近每公斤2万美元,但以每公斤100美元的价格将材料送入轨道的太空电梯的前景听起来非常诱人。

空间电梯的基本概念非常简单。在地球静止轨道上,一根缆绳从地面的基座延伸到配重上。当一辆大型汽车在缆绳上爬上爬下时,可以沿途建造停车场,如近地轨道。为缆绳寻找合适的材料是许多工程挑战之一。

目前,科学界正在调查这种做法的可行性。

成本不得而知,但至少可能会下降到数百亿美元。将是一个工程挑战。


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