注水的“太空加油站”

文/ 遲惑

▲ 月球前哨站的建造過程

▲ 月球前哨站及其水處理設(shè)施

▲ 不帶減速傘的“工蜂”

在討論應(yīng)用場景之前，還需要介紹團(tuán)隊(duì)設(shè)想的另外一種航天器“工蜂”，也就是不帶捕捉囊和采礦探針，卻帶著大容量水囊的“蜜蜂”變種。前文說過，NASA一直在研究太陽能熱推進(jìn)的可能性?！懊鄯洹钡膬筛辩R子所產(chǎn)生的高能光束能用來照射小行星，也能用來加熱已經(jīng)提取出來的水，作為空間推進(jìn)的動(dòng)力?！懊鄯洹北旧硪惨眠@種原理來實(shí)現(xiàn)空間機(jī)動(dòng)。而“工蜂”的任務(wù)有兩類，一類是從“蜜蜂”那里取走開采出來的水，送到月球逆行軌道上的水庫；第二類則是作為空間拖車，把衛(wèi)星、月球探測器、小行星探測器和火星探測器拖運(yùn)到指定的軌道上。它的貨物是水，燃料也是水。

不但如此，一部分“工蜂”需要往返于低地球軌道、高軌道和地月空間。所以，這類“工蜂”還帶有減速傘，用于從較高的軌道降低到低軌道。

“方斯”和“滑板車”

以“蜜蜂”和“工蜂”為基礎(chǔ)，結(jié)合NASA和商業(yè)航天界此前的一些成果，特別是比格羅航天公司的B330充氣式太空艙，團(tuán)隊(duì)設(shè)想了一系列大大小小的航天器，分別是月球逆行軌道上的“月球軌道前哨站”、“方斯”推進(jìn)劑生產(chǎn)設(shè)施、“蜜蜂”、“工蜂”、用于登月的可重復(fù)使用飛行器、用于幫助航天員進(jìn)行太空行走的敞篷小飛船“滑板車”，以及用于前往火星和火衛(wèi)二的深空探索系統(tǒng)。

在這其中，“方斯”和“滑板車”算得上是比較有意思的創(chuàng)意。

“方斯”是羅馬神話中的井神和春天之神，不少國外商家也用他來命名戶外取水設(shè)備。在本文的主體中，“方斯”是一個(gè)通用多種揮發(fā)性物質(zhì)分離、處理和存儲(chǔ)系統(tǒng)，由TransAstra公司和科羅拉多礦業(yè)學(xué)院聯(lián)合設(shè)計(jì)。它可以用多種物理和化學(xué)手段，把流體中的水或者其他化合物分離出來，生產(chǎn)出水、液氧、液體甲烷、二氧化碳乃至氫氣。這些產(chǎn)品一方面可以提供給航天員用于生存和生活，一方面可以作為“工蜂”等航天器的燃料。

“滑板車”看上去像是一個(gè)短粗的獨(dú)木舟，它的長度達(dá)到6.55米，直徑1.68米。上面有8個(gè)過氧化氫推力器，無論推力還是持續(xù)工作時(shí)間，都比航天員背包上那幾個(gè)小推力器強(qiáng)多了。航天員乘坐著它，可以更容易地在空間站外部繞飛，還可以前往小行星進(jìn)行勘察。不但如此，“滑板車”上還有一套輔助生命保障設(shè)施，只要把它連入航天服，就可以為航天員供氧、供熱，延長艙外活動(dòng)時(shí)間?！盎遘嚒弊疃嗫梢猿俗缓教靻T，或者等重的物資。

有了這些航天器，就可以不間斷地從小行星上取得水，然后存儲(chǔ)在月球軌道前哨站上。這個(gè)前哨站也將因此而成為宇宙里的加油站，不過它提供給過往航天器的并不是汽油也不是柴油，而是水、氧氣和甲烷。

五種應(yīng)用場景

利用上面這幾種航天器，可以執(zhí)行五種不同的任務(wù)。

首先是月球軌道前哨站運(yùn)行，這個(gè)設(shè)施不但作為地月、地火之間的中轉(zhuǎn)站，也是“方斯”的容身之處?！肮し洹睍?huì)把從“蜜蜂”那里取來的不純凈水帶到這里，處理成需要的物質(zhì)，存儲(chǔ)起來。月球軌道前哨站上還將設(shè)置兩個(gè)B330艙和兩臺(tái)“滑板車”，以及一些發(fā)電和指揮控制設(shè)施。

第二是近地小行星探索，由“工蜂”推動(dòng)一個(gè)深空探索空間站前往近地小行星，空間站上有兩個(gè)較小的充氣艙和兩臺(tái)“滑板車”。抵達(dá)近地小行星后，航天員乘坐“滑板車”前去勘察，還可以帶回樣品。

第三是登月，從地球上發(fā)射空載的可重復(fù)使用航天器，前往月球軌道前哨站，加滿水之后再前往月球表面。完成探索之后再回到月球軌道前哨站，往復(fù)運(yùn)輸水、氧氣等物資，為月球基地的建設(shè)提供資源。

第四是火星和火衛(wèi)二探索，火星探測場景是在小行星探測組合的基礎(chǔ)上加裝人員居住艙，攜帶更多的生活物資。當(dāng)然還要帶上“滑板車”，并且要配置能夠適應(yīng)火星重力和大氣環(huán)境的起降飛行器，可以考慮洛·馬公司提出的火星起降飛行器MLAV。為了能在遠(yuǎn)離地球的地方繼續(xù)獲得補(bǔ)給，還要帶上“蜜蜂”和“方斯”。實(shí)施探測時(shí)候，首先要把上述飛行器分步發(fā)射到低軌道，再用“工蜂”推進(jìn)到月球軌道前哨站，加滿水和液氧、甲烷，然后向火衛(wèi)二進(jìn)發(fā)。抵達(dá)之后，航天員乘坐“滑板車”前往火衛(wèi)二，取下巖石樣品用于研究。如果找到了富含水分的巖石，就把它拖到“蜜蜂”那里進(jìn)行提取。這些“蜜蜂”的技術(shù)特點(diǎn)也有別于在地月空間工作的同類，更適合于對(duì)付整塊的堅(jiān)硬巖石，被稱作“火星蜜蜂”。為了從火星上起降，還要配屬相應(yīng)的火星起降飛行器，是在前文所述的月球探索用可重復(fù)使用飛行器基礎(chǔ)上改進(jìn)，還是引入洛·馬公司的火星起降飛行器，尚在研究之中。

第五是地球靜止軌道衛(wèi)星轉(zhuǎn)移，這就要用到帶有減速傘的“工蜂”了。火箭從地球起飛，先把衛(wèi)星放置到低軌道上，然后“工蜂”從工作軌道降低到地球附近，展開減速傘，在稀薄大氣中不斷減速下降，和低軌道上的衛(wèi)星對(duì)接。然后，“工蜂”收起減速傘，啟動(dòng)太陽能熱推力器，向靜止軌道前進(jìn)。如果“工蜂”用盡了作為推進(jìn)介質(zhì)的水，它就回到月球軌道前哨站去補(bǔ)充。

相關(guān)鏈接：小行星上有水嗎？

航天工程在策劃期間可以腦洞大開，但是在考察可行性的時(shí)候，就要實(shí)施精確的計(jì)算。小行星取水的想法能不能實(shí)現(xiàn)，取決于這樣兩個(gè)問題：小行星上真的有水嗎？如果有，怎么才能把它開采出來？

根據(jù)科學(xué)家們的觀測，水在太陽系并不是很罕見的東西。中科院紫金山天文臺(tái)研究員季江徽就曾經(jīng)對(duì)記者說，他說：“事實(shí)上，在整個(gè)太陽系，水是常見的物質(zhì)，尤其在太陽系外圍的天體中，水大面積存在著。而太陽系里的天體中，除了土星和木星的衛(wèi)星以外，還有很多的水分布在小行星上?！?/p>

很多科學(xué)家還認(rèn)為，地球上的水資源其實(shí)都是小行星帶來的。月球上如果存在水資源，也是小行星撞擊的結(jié)果。實(shí)際上，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡曾經(jīng)觀察到170光年外的一次撞擊，一顆含水量高達(dá)26%的小行星一頭撞在了自己的母星GD61上。相比之下，地球上的水只占總重量的0.02%。所以，我們今天賴以生存的水，很可能也是這么來的。

2016年10月，美國地理測繪局還與NASA聯(lián)合發(fā)布消息，認(rèn)為在小行星塞姬上，可能存在大量的水。不過塞姬距離地球太遠(yuǎn)了一些，近期人們能夠接近并加以開發(fā)的，應(yīng)該是所謂的近地小行星。這類小行星的數(shù)量在兩萬個(gè)左右，人們對(duì)其中一些進(jìn)行了探測。例如噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室就曾經(jīng)發(fā)表論文，指出一顆編號(hào)為2011 HP的小行星上富含水資源。美國行星資源公司的預(yù)測更加樂觀，這家公司在自己的網(wǎng)站上說，“人類可以到達(dá)的近地小行星上就有大約兩萬億噸水”。這個(gè)數(shù)字雖然只有地球水資源的一個(gè)零頭，但對(duì)早期星際航行來說已經(jīng)算很豐富了。

不但如此，人們很早就通過頻譜觀測知道，彗星的彗核就是一個(gè)臟雪球。歐洲羅塞塔彗星探測器近距離觀測楚留莫夫-格拉希門克彗星之后，進(jìn)一步證明了這個(gè)觀測是正確的。