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科學
“阿耳忒彌斯”為何比阿波羅計劃更缺乏創新

本文由AI自動翻譯。與韓語原文相比可能存在誤差。  Read original in Korean →

[비즈한국] 幾天前,久違地出現了許多地球人共同仰望月球的時刻。這得益於月全食,月球躲進了遮住太陽的地球陰影中。那一小時裡,月亮被染成暗紅色,景象非常令人印象深刻。看著許多人久違地一起仰望夜空,回想起我們都是星塵的產物這一事實,感到十分欣慰。內心也非常感謝那輪滿月,是它親自上演了精彩的月食演出,吸引人們看向夜空。不久之後,地球上的所有人將再次共同關注月球。因為即將在時隔半個世紀後,再次執行人類登月的“阿耳忒彌斯”任務。

事實上,原本應該已經執行了。但遺憾的是沒能如願。不得不談及此事,確實很惋惜。如果一切按計劃進行,現在本應愉快地分享阿耳忒彌斯2號載人繞月飛行並平安返回後的後記。遺憾的是,阿耳忒彌斯2號在發射前夕發現了技術問題,最終再次延期。此外,NASA還宣佈了針對阿耳忒彌斯任務的大規模調整。隨著失望的訊息接踵而至,一些科學家擔心NASA力推的新一代運載火箭SLS可能淪為“累贅”。人類究竟能否順利完成再次登月的挑戰呢?

阿耳忒彌斯2號原定於去年2月準備發射。但由於發現了氦氣罐洩漏問題,發射被迫中止。發射推遲到了3月,但這次也沒能成功。在加註了所有燃料並進行最後階段的“溼彩排”時,倒計時甚至只剩下最後29秒。然而,氦氣罐再次出現了類似問題。最終,發射被無限期推遲。如果操之過急,或許能在4月內嘗試發射,但既然這關乎寶貴的宇航員生命,謹慎一點也是可以理解的。

最近一次發射嘗試中出現的問題並不簡單。火箭甚至不得不離開發射臺,被運回組裝大樓(Rollback)。繼1960~70年代的阿波羅任務後,NASA打著新一代火箭的名義,歷經長時間開發了太空發射系統(SLS,Space Launch System)。然而,這個SLS卻成了令人頭疼的問題。

為阿耳忒彌斯任務製造的太空發射系統(SLS)火箭。照片=NASA/Joel Kowsky
為阿耳忒彌斯任務製造的太空發射系統(SLS)火箭。 照片=NASA/Joel Kowsky

阿波羅和阿耳忒彌斯任務最大的區別在於登月的目的。阿波羅時期,月球是最終目的地,而且在月球停留的時間並不長。離開地球的三名宇航員中,只有兩人留下了足跡,且僅停留了幾個小時到一兩天不等,隨後便立即返回。

阿耳忒彌斯任務著眼於火星而非月球。其目標是在月球上建造宇航員可以生活數月的前哨基地。因此,與阿波羅時期相比,阿耳忒彌斯任務增加了一名宇航員,並搭載了更寬敞的“獵戶座”飛船。

然而,與有效載荷不同,運載火箭SLS與阿波羅時代相比,並未展現出顯著的進步。阿耳忒彌斯任務中引人注目且可感知的進步,大多來自獵戶座飛船,而非運載火箭。獵戶座飛船配備了精細到毫秒的緊急逃生系統,能容納四名宇航員生活最多21天,並具備現代化改良的生命維持系統和防輻射裝置。相比之下,很難找到SLS與阿波羅時期使用的“土星5號”火箭相比有何明顯進步。

土星5號火箭向近地軌道最多可運送125噸,向月球軌道最多可運送50噸。而50年後的今天,SLS Block 1B火箭向月球最多隻能運送38噸至46噸。因此,僅從運載火箭的最大負荷來看,SLS很難說壓倒了當年的土星5號。

更大的問題在於成本過於昂貴。目前NASA計劃的最初四次阿耳忒彌斯任務中,每次發射包括SLS發射和獵戶座飛船的運營,成本高達42億美元。這僅僅是單次發射的費用,過去十餘年研發投入的成本更是這一數字的十倍。此外,SLS火箭不像SpaceX的獵鷹火箭那樣可以回收利用,因此很難找到削減成本的方案。

投入了大量時間和金錢卻看不到明顯進步,反而更浪費錢,這暴露了NASA的結構性侷限。這是因為他們沒能走出既有技術遺產的陰影,不敢承擔風險大膽創新。起初,NASA認為直接繼承土星5號和太空梭開發過程中積累的技術遺產,比開發全新技術更能節省時間和成本。

但這一假設完全落空了。僅僅照搬舊零件並不能解決問題,因為必須經歷重新設計、認證和整合所有部件的複雜程式,以適應新任務。因此,SLS並沒有成為結合了過去經驗的穩妥火箭,反而因強行將陳舊與新興技術混雜,導致複雜度進一步放大。

此外,2010年當時,NASA在SLS研發過程中強制要求最大程度沿用現有的合同、投資和人力,這種限制反而被批評阻礙了火箭創新。NASA的火箭開發不僅僅是對太空的挑戰,更是支撐當地產業基礎和技術人員家庭生計的手段。政客們很難為了創新而放棄選票,去無視現有的產業基礎。最終,由於就業等多種政治和現實原因,SLS研發被用於維護NASA既有的產業基礎,反而使其停留在老舊技術上,未能實現有意義的創新。

時代的差異也不容忽視。事實上,阿波羅任務時期也發生過許多令人遺憾和驚險的事故。阿波羅1號測試時發生的火災奪走了三名宇航員的生命;在發射過程中遭遇雷擊導致系統癱瘓,甚至還發生過氧氣罐爆炸事故。最終,首次載人飛行一直等到阿波羅8號才嘗試,而真正的月球著陸則是阿波羅11號實現的。

儘管如此,阿波羅任務看起來更具魄力和衝勁,是因為當時確實如此。那時存在“不能在與蘇聯的體制競爭中落後”的政治共識,國民對於向NASA航天開發投入鉅額稅收並沒有太大不滿。那也是一個將宇航員的犧牲美化為“為國捐軀”的時代。

但現在時代變了。僅以“體制競爭”為由,已無法證明將鉅額預算投入航天開發的合理性。人們的關注點變得多元化,甚至不乏批評航天開發是浪費預算的聲音。這是一個比過去更珍視生命的時代。不能草率地將人送上未經充分驗證的火箭。這是一個在所有風險完全消除之前,必須進行更徹底、更謹慎驗證的時代。

阿耳忒彌斯2號至今仍未離開發射臺。特別是氦氣罐方面頻頻出現洩漏,引發了頑固的技術問題。最近,不僅是第一級火箭,在上面級也發現了技術缺陷,正在進行處理。由於連續的發射推遲和技術缺陷問題,NASA宣佈對阿耳忒彌斯任務進行大規模調整。

SpaceX設計的登月艙外觀。照片=NASA/Space X
SpaceX設計的登月艙外觀。照片=NASA/Space X

NASA判斷SLS火箭的問題在於研發週期太長,且發射次數不夠。按照目前的方式,平均只能做到三年發射一次。因此,NASA制定了新目標,即製造更多SLS火箭,力爭至少每10個月發射一次,並進行技術驗證。這看起來像是要照搬SpaceX透過連續發射來確保穩定性的方式。此外,NASA還宣佈將SLS火箭標準化為目前的Block 1B,全部按照統一規格開發。原本的計劃是每次發射嘗試時都會稍作改進和升級,但為了更快、更頻繁地發射,決定不再進行改動,每次發射完全一樣的標準化火箭。然而,能否真的做到每10個月生產出一枚龐大的SLS火箭還是個未知數。

NASA原本有著從阿耳忒彌斯3號開始就嘗試載人登月的大膽目標。但現在阿耳忒彌斯3號的登月計劃已被取消,取而代之的是在近地軌道練習月球飛船的交會對接。阿耳忒彌斯任務正與SpaceX和藍色起源等民營企業積極合作。雖然尚未確定下次登月會使用哪家公司的著陸器,但預計在阿耳忒彌斯3號任務中,將把飛船送至近地軌道,然後與“藍月”或“月球星艦”進行交會對接預演。雖然這是驗證新型火箭和飛船效能必不可少的流程,但既然已經制造了巨大的SLS火箭,卻只進行到近地軌道的預演,是否有必要嚴肅思考這是否為最優解。

作者池雄培(音譯)簡介:熱愛貓咪與宇宙。兒時在看過《銀河鐵道999》後,立志要讓人們瞭解宇宙之美。目前擔任世宗大學自由專業學部助教,同時從事講座、撰稿等多種科學傳播活動。著有《每天一片宇宙》、《星光璀璨的宇宙科學家們》、《無法前往但可以瞭解》、《看到宇宙就會浮現出的奇怪問題們》等書,並翻譯了《給真正太空旅行者的搭車客指南》、《我為何殺死了冥王星》、《量子生活》、《Cosmigraphic》等作品。

本文由AI自動翻譯。與韓語原文相比可能存在誤差。
지웅배 천문학자

고양이와 우주를 사랑한다. 어린 시절 ‘은하철도 999’를 보고 우주의 아름다움을 알리겠다는 꿈을 갖게 되었다. 현재 세종대학교 자유전공학부 조교수로 강연과 집필 등 다양한 과학 커뮤니케이션 활동을 함께 하고 있다. ‘천문학자의 쓸모없음에 관하여’, ‘우리는 모두 천문학자로 태어난다’, ‘우주를 보면 떠오르는 이상한 질문들’ 등의 책을 썼으며, ‘나는 어쩌다 명왕성을 죽였나’, ‘퀀텀 라이프’, ‘UFO’ 등을 번역했다.

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