• 2022-12-04

人類太空探索有挫折也有曙光

11 月 24, 2022

  圖:SpaceX的“獵鷹9”火箭16日在加州范登堡空軍基地整裝待發。

  隨后該火箭雖然將衛星成功送入軌道,但海上回收再次遭到失敗。東方IC

  圖:美國宇航員斯科特·凱利在“推特”上發布的首朵太空百日菊照片,它們的花瓣呈現扁平狀。(資料照片)

  為何執著海上回收

  文匯報訊 綜合新華社消息,美國太空探索技術公司(SpaceX)17日成功發射了搭載一顆海洋觀測衛星的“獵鷹9”火箭,但此行更受關注的火箭第一級海上回收嘗試再次以失敗告終。

  過去一年多里,美國太空探索技術公司已先后五次嘗試發射并回收“獵鷹9”火箭,令人驚訝。航天專家龐之浩說,這種火箭除第三次升空即爆炸以外,最初的兩次海上回收失敗均與燃料不足、垂直降落的火箭第一級沒有受到充分控制有關。第四次回收成功是通過地面著陸實現的。

  之所以此次仍在海上回收,是因為火箭從加利福尼亞州海濱飛到海上后,再讓它飛回陸地太消耗燃料,而讓它在海上機動的船只平臺上著陸理論上最經濟實惠。但此次失敗說明,“獵鷹9”火箭盡管采用了增大推進劑系統冗余、可調節推力和多次啟動的火箭發動機、主體火箭與助推火箭交叉供給推進劑等技術,但目前這些手段仍不足以應對海上較復雜的氣象條件以及不斷晃動的駁船平臺,以致此次降落速度過快,成了硬著陸。

  如果在海面垂直降落最終行不通的話,還有三種回收方式可以考慮:用降落傘垂直下降、無動力滑翔降落、有動力滑翔著陸。但第一種方式會增大載荷,后兩種方式需添加滑翔翼,增加發射重量,違反了盡可能減重、便于回收、節約發射成本等設計初衷。由此可見,在低成本研制和確保可靠性之間,太空探索技術公司還沒有找到平衡點,仍需繼續探索。

  商業航天的最大意義是經濟性。據國際航天專家估算,目前的一次性使用運載火箭將1公斤物品送入太空要花費一兩萬美元。通過優秀的總體設計和充分試驗,“獵鷹9”火箭的近地軌道發射報價約為6000萬美元,相當于每公斤載荷花費4600多美元。

  在這一低成本基礎上,如果能回收“獵鷹9”火箭第一級并重復使用,還可使該火箭的成本再降低80%。如能回收第一級和第二級,就能省去98%的成本。因此,大大節約火箭發射總費用的巨大空間是存在的。

  但是,回收運載火箭不等于能重復使用它,重復使用也不等于省錢。因此必須研制出類似普通飛機發動機那樣可往返天地、重復使用的火箭發動機,每次回收后的維修成本和時間必須很少,且至少能用10次以上才劃算,這是極大的挑戰,突破這一難關意義重大。

  從大方面說,只有解決了回收再利用難題,才能讓更多大型航天器便捷地駛入更加遙遠的太空。從應用層面說,如此力壓成本可使人造衛星的研制費用便宜得多;回收火箭還能保障地面人員和財產安全,有利于保護環境。

  外太空首次綻放花朵

  2018年有望培育出太空西紅柿,對探索火星意義重大

  科幻大片《火星救援》的主人公馬克·沃特尼被獨自遺留在火星后,為了生存將居住艙變成土豆農場,靠種土豆吃土豆生存500天,并大聲高喊:“我是這個星球上最偉大的植物學家!”

  影片僅僅公映兩個月后,科幻就走進現實。據英國《每日郵報》17日報道,美國宇航員斯科特·凱利在國際空間站中培育出了一朵百日菊,成為第一株在外太空開放的花朵。在西餐中,百日菊可以用來制作沙拉。

  據報道,這朵太空百日菊顏色外形與地球上的差異不大,不過因為空間站零重力的狀態,它們的花瓣呈現扁平狀,無法像在地球上一樣形成優美的弧度。

  種植太空花的實驗來源于美國航空航天局(NASA)開啟的“Veggie”計劃。NASA表示,在太空種花要比種蔬菜困難得多,花卉對于光照和其他的環境條件要求更嚴格,但不管多困難,他們都將努力,因為該項目對在太空中種植食物的研究具有重要意義。此前,美國宇航員已經在國際空間站里完成了多項實驗,成功種植了中國大白菜和萵苣。

  “Veggie”計劃主管特倫特·史密斯表示,由于光照和環境條件與地球上的有所不同,太空百日菊的生長周期也比普通的百日菊要長一些,在60天至80天之間。在種植過程中,還遇到了一個意想不到的困難,差點導致實驗失敗。由于空間站是微重力環境,百日菊蒸騰作用等產生的水汽會凝結在葉子邊緣,不會掉落下來。當這些水珠長時間掛在葉子邊緣時,會產生霉菌,最終導致百日菊的死亡。因此,宇航員們嘗試用電扇吹散這些水珠,但電扇的效果并沒有想象得那么好,導致兩株百日菊死亡。不過其余的百日菊依然茁壯成長,到1月8日時長出了花蕾,并最終開花。

  NASA人類計劃研究專家亞歷山大·懷特邁爾表示,百日菊的成功種植是植物在極端條件下生長的一次成功嘗試,對于人類探索太空具有重要的意義。比如,太空植物可以提供氧氣和食物,改善環境,可以顯著延長人類在太空中生存的時間,改善生活質量。

  接下來,NASA計劃在國際空間站中種植其他蔬菜,并有望在2018年培育出西紅柿。據報道,太空西紅柿將是NASA進行火星探索的重要一環。如果能在太空中成功種出西紅柿,這意味著人類在前往火星的漫長旅程中,不再單純需要依靠地球的補給。到那個時候,科幻或許能真正成為現實。(記者 陸益峰)