阿聯(lián)酋的深空探測雄心

文/張晨

按計(jì)劃，日本私營月球探測公司（iSPACE）的Hakuto-R（白兔-R，R意為重啟的項(xiàng)目）探測器將搭乘太空探索技術(shù)公司的獵鷹9號運(yùn)載火箭發(fā)射升空，目標(biāo)為轉(zhuǎn)移飛行時(shí)間5個(gè)月的月球低能捕獲轉(zhuǎn)移軌道。該探測器在阿里安宇航公司建造，干重為300千克，加滿燃料的質(zhì)量超過1噸，并且足以將30千克的載荷送至月球表面。如果成功，日本將成為第四個(gè)軟著陸月球的國家，而它攜帶的小巡視器，也就是拉希德1號巡視器，將使得一個(gè)已經(jīng)擁有火星探測器的中東國家——阿聯(lián)酋，獲得第一個(gè)到達(dá)月球表面的中東國家的稱號。

而就在近日，阿聯(lián)酋和中國航天簽訂了合作計(jì)劃，計(jì)劃將在2026年使用嫦娥七號探測器將自己的第二個(gè)巡視器部署至月球南極，進(jìn)行月球南極探測?！版隙鹌咛枴钡娜蝿?wù)的難度和進(jìn)步性空前巨大，選擇跟隨這個(gè)復(fù)雜的探測器前往月球，表明阿聯(lián)酋對中國航天技術(shù)的信任和對月球南極任務(wù)的期待。

阿聯(lián)酋不僅擁有地球軌道任務(wù)的決心，其深空探測愿望則更加令人注目，目前已經(jīng)達(dá)成的成就甚至超過了一些傳統(tǒng)航天大國。目前，阿聯(lián)酋希望號火星探測器正在一條環(huán)繞火星的大橢圓軌道上運(yùn)行。

▲ 希望號火星探測器任務(wù)徽章

“希望號”：首個(gè)非傳統(tǒng)航天大國的探測器

在2020年的火星窗口，除了長征五號遙4火箭發(fā)射的天問一號探測器，美國宇宙神5火箭發(fā)射了火星2020探測器及機(jī)智號火星直升機(jī)之外，日本H-2型運(yùn)載火箭發(fā)射了一個(gè)1噸多的火星探測器。這就是阿聯(lián)酋的希望號火星探測器。這是阿聯(lián)酋走向深空的第一步，是其深空探索決心的初步展示。

希望號火星探測任務(wù)并不是哪個(gè)酋長一時(shí)興起投資的，該項(xiàng)目在2013年12月底的阿聯(lián)酋內(nèi)閣會議上被首次提出。當(dāng)時(shí)阿聯(lián)酋正面對著科研人員不足的窘境，而利用火星任務(wù)可以創(chuàng)造科學(xué)工作機(jī)會并激發(fā)年青人從事航天工作。當(dāng)時(shí)該國為數(shù)不多的衛(wèi)星工程師之一沙拉夫接到了直接來自阿聯(lián)酋副總統(tǒng)兼總理穆罕默德·本·拉希德·阿勒馬克圖姆的電話，詢問該國是否可以在2021年之前進(jìn)入火星軌道。這也是阿聯(lián)酋第一次謀劃自己的深空任務(wù)。

2014年，阿聯(lián)酋宣布將在2021年12月建國50周年之前向火星發(fā)射探測器。與此同時(shí)，阿聯(lián)酋航天局成立。

“你們是一群孩子。你打算怎么去火星？”平均年齡27歲的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)經(jīng)常聽見這種笑話。的確，當(dāng)時(shí)阿聯(lián)酋剛剛發(fā)射了第一顆參與研制的衛(wèi)星，沒有航天機(jī)構(gòu)，也沒有行星科學(xué)專業(yè)，有點(diǎn)像剛剛學(xué)會說話就要去和諸葛亮辯論一樣。

那時(shí)，阿聯(lián)酋人自己也清楚自己航天技術(shù)的現(xiàn)狀，不能說完全沒有，只能說聊勝于無。于是他們選擇和當(dāng)時(shí)世界上唯一擁有充分火星任務(wù)經(jīng)驗(yàn)的美國合作，聘請主要在科羅拉多大學(xué)博爾德分校的經(jīng)驗(yàn)豐富的美國宇航局工程師，與他們一起工作。美國人提供如何將探測器發(fā)送到另一個(gè)星球的培訓(xùn)。

2015年5月，阿聯(lián)酋火星探測器從數(shù)千條征名中被命名為“Al-Amal”，即“希望號”。選擇“希望”這個(gè)名字是因?yàn)椤八驍?shù)百萬年輕的阿拉伯人傳達(dá)了樂觀的信息，即‘沒有什么是不可能的，我們可以在科技進(jìn)步上與最偉大的國家競爭’和‘不要限制你的野心，你可以甚至到達(dá)太空’”。

沙拉夫被他的上級告知“建造它，而不是購買它”，以便在阿聯(lián)酋本土擴(kuò)展技術(shù)。因此，在沙拉夫的領(lǐng)導(dǎo)下，美國和阿聯(lián)酋的工程師們在希望號火星探測器開發(fā)的每個(gè)部分都進(jìn)行了合作，從設(shè)計(jì)到制造，工作主要在科羅拉多大學(xué)博爾德分校的大氣與空間物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室(LASP)和穆罕默德·本·拉希德航天中心（MBRSC）進(jìn)行。亞利桑那大學(xué)(ASU)和加州大學(xué)伯克利分校支持了探測器的建造。

▲ 藝術(shù)家創(chuàng)作的“希望號”任務(wù)海報(bào)（探測器有誤，畫成了美國的MRO）

希望號火星探測器的發(fā)射質(zhì)量為1350千克，干重550千克，配置有6個(gè)120牛軌控推力器和8個(gè)5牛姿態(tài)控制推力器，該任務(wù)旨在增強(qiáng)阿聯(lián)酋工程師的能力并增加人類對火星大氣的了解。探測器攜帶了3項(xiàng)科學(xué)載荷：

▲ 阿聯(lián)酋工程師和EMM的合影

▲“希望號”在做測試

▲ EXI

▲ EMIRS

阿聯(lián)酋探索成像儀(EXI)是一款多波段相機(jī)，能夠拍攝空間分辨率優(yōu)于8千米的高分辨率圖像。EXI測量火星大氣中水、冰、塵埃、氣溶膠和臭氧含量的特性。該儀器由博爾德分校的大氣與空間物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室和拉希德航天中心合作研制。

▲希望號火星探測器做真空熱試驗(yàn)

阿聯(lián)酋火星紅外光譜儀(EMIRS)是由亞利桑那大學(xué)、北亞利桑那大學(xué)和拉希德航天中心合作開發(fā)的干涉熱紅外光譜儀。它測量來自地表和大氣的輻射，確定地表溫度、大氣溫度剖面以及大氣中的冰、水蒸汽和塵埃豐度。EMIRS可提供火星低層和中層大氣的視圖。

阿聯(lián)酋火星紫外光譜儀(EMUS)是一種遠(yuǎn)紫外成像光譜儀，可測量100納米～170納米光譜范圍內(nèi)的發(fā)射，以測量熱層的全球特征和變異性，以及氫和氧的冕狀分布。該儀器的設(shè)計(jì)和開發(fā)由博爾德分校的大氣與空間物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)。

▲EXI在2022年07月03日拍攝的火星

希望號火星探測器于北京時(shí)間2020年7月20日由日本H-2火箭發(fā)射升空，進(jìn)入前往火星的轉(zhuǎn)移軌道。2021年2月9日探測器執(zhí)行剎車任務(wù)，成功進(jìn)入環(huán)火軌道。隨后經(jīng)過數(shù)次機(jī)動(dòng)進(jìn)入20000千米×43000千米、周期55小時(shí)的火星科學(xué)探測軌道，開始科學(xué)探測。該探測器計(jì)劃工作1個(gè)火星年，至今已經(jīng)創(chuàng)造了超過236.8GB的科學(xué)數(shù)據(jù)，以研究火星大氣的變化。阿聯(lián)酋內(nèi)閣事務(wù)部長稱，該任務(wù)的成本為2億美元。

“希望號”大獲成功。阿聯(lián)酋人成功利用技術(shù)合作達(dá)成了這項(xiàng)看似不可能的深空任務(wù)——雖然無論怎么說“希望號”都只是一個(gè)美國制造和美國控制的探測器，但自此一役，阿聯(lián)酋徹底成為了深空任務(wù)中的新起之秀，其借助合作和搭載的模式也將繼續(xù)延續(xù)到未來的月球任務(wù)之中，也就是拉希德號系列月球巡視器。

▲拉希德號月球巡視器的logo

“拉希德號”的月球之旅

阿聯(lián)酋在“希望號”發(fā)射后兩個(gè)月公布了自己的月球計(jì)劃：該國副總統(tǒng)謝赫·穆罕默德·本·拉希德·阿勒馬克圖姆在2020年9月19日宣布，阿拉伯聯(lián)合酋長國將于2024年發(fā)射一項(xiàng)新的阿聯(lián)酋太空任務(wù)，以探索月球。謝赫·穆罕默德說，以他的父親謝赫·拉希德·本賽義德阿勒·馬克圖姆命名的“拉希德”（Rashid）漫游車將由阿聯(lián)酋工程師團(tuán)隊(duì)在阿聯(lián)酋建造。它將在2024年之前在登陸月球表面尚未被探索過的地區(qū)。

2021年4月，確定“拉希德”號月球巡視器將在2022年搭乘日本的日本民營月球探測公司（iSPACE）的白兔-R探測器前往月球表面。這個(gè)小巡視器重約10千克，尺寸約為53厘米×54厘米×8.5厘米，它配備兩個(gè)高分辨率相機(jī)，以及一個(gè)用于捕捉小細(xì)節(jié)的顯微相機(jī)和一個(gè)熱成像相機(jī)，還將攜帶朗繆爾探測器。

該巡視器完全由阿聯(lián)酋團(tuán)隊(duì)研制。該項(xiàng)目是阿聯(lián)酋太空探索戰(zhàn)略的關(guān)鍵部分，其核心是建立新的研發(fā)能力，激勵(lì)阿聯(lián)酋年輕人從事太空科學(xué)和研究，并促進(jìn)全球科技合作。

根據(jù)拉希德航天中心的消息，白兔-R將著陸在月球的“夢之湖”（Lacus Somniorum），該地區(qū)位于月球的東北側(cè)37.56°N，30.8°E，直徑424.76千米?！袄５绿枴睂⒈环胖弥猎卤恚掷m(xù)至少14個(gè)地球日以探測月表環(huán)境。對“夢之湖”環(huán)境的研究將有助于科學(xué)家們進(jìn)一步了解月球。朗繆爾探測器旨在研究月球的等離子體，這是一層覆蓋其表面的帶電氣體。該研究可能有助于解釋為什么月球塵埃如此粘稠，這是阿波羅任務(wù)期間遇到的主要麻煩事，也是未來任務(wù)的潛在問題。阿聯(lián)酋航天局希望從任務(wù)中收集的數(shù)據(jù)將有助于在月球上建立一個(gè)研究站，并回答與太陽系形成有關(guān)的問題。

▲白兔-探測器和拉希德號巡視器

▲真空試驗(yàn)中的拉希德號

拉希德航天中心總干事說：“我們對空間研究和開發(fā)的承諾引起了全世界的關(guān)注。我們現(xiàn)在通過國際合作，利用我們先進(jìn)的科技中心，幫助在我們國家創(chuàng)造新的太空經(jīng)濟(jì)格局。阿聯(lián)酋月球任務(wù)等科學(xué)努力的使命是讓阿聯(lián)酋的旗幟高高飄揚(yáng)，并站在為人類未來科學(xué)成就做出貢獻(xiàn)的國家的最前沿。”

金星-小行星任務(wù)：宏大的多目標(biāo)旅行

2021年10月，阿聯(lián)酋航天局宣布開始一項(xiàng)新的阿聯(lián)酋行星任務(wù)，其中包括飛掠金星，然后對火星以外的小行星帶進(jìn)行探索。該任務(wù)計(jì)劃于2028年發(fā)射。

這次任務(wù)的目的是飛掠金星，以及小行星主帶。此外，它還旨在進(jìn)一步加速這個(gè)年輕國家的空間工程、科學(xué)研究和探索能力，并推動(dòng)該國私營部門的創(chuàng)新。新的任務(wù)將吸收阿聯(lián)酋私營部門公司、當(dāng)?shù)卮髮W(xué)參與。

該探測器將持續(xù)為期5年、36億千米的漫長旅程。探測器將在2028年發(fā)射升空，在2028年中飛掠金星，隨后在2029年中飛掠地球。2030年飛掠首顆主帶小行星，在連續(xù)飛掠6顆小行星后著陸在第7顆小行星上。最遠(yuǎn)將距離太陽3個(gè)天文單位，約4.48億千米。此時(shí)探測器距離地球約5.6億千米。目前該任務(wù)透露的信息不多，但認(rèn)為初步的軌道設(shè)計(jì)已經(jīng)完成。該任務(wù)是與科羅拉多大學(xué)博爾德分校的大氣和空間物理實(shí)驗(yàn)室合作進(jìn)行的，和阿聯(lián)酋火星探測任務(wù)一樣。

拉希德2號：中國月球探測計(jì)劃下的新嘗試

▲藝術(shù)家繪制的阿聯(lián)酋金星-小行星探測任務(wù)效果圖

在2022年國際宇航大會期間，阿聯(lián)酋和中國簽訂了協(xié)議——使用嫦娥七號著陸器，將阿聯(lián)酋的10千克重的月球巡視器放置至月球南極85°左右的永晝區(qū)，進(jìn)行月球南極探測。該巡視器可能被命名為拉希德2號，但目前尚未確定。

拉希德2號的意義不只是一個(gè)月球協(xié)作探測計(jì)劃，而是中國航天打開中東深空合作任務(wù)并且擴(kuò)展國際航天影響力的重要事件。這件事對兩個(gè)國家來說是一種雙贏，也為更多、更廣泛的合作鋪平了道路。

“火星2117”與火星科學(xué)城計(jì)劃

阿聯(lián)酋的航天雄心還不止于此。在將航天員送入國際空間站后，他們開始規(guī)劃載人深空任務(wù)?！跋Ｍ幸惶炷軌蜃屛覀儼⒙?lián)酋航天員登上月球表面，我們的最終目標(biāo)是將人類送上火星，而登月將是第一步?！?/p>

2017年，阿聯(lián)酋宣布計(jì)劃在未來100年內(nèi)殖民火星，在2117年建立一個(gè)火星殖民地。這就是“火星2117”計(jì)劃。由此產(chǎn)生了在迪拜附近建立火星科學(xué)城的設(shè)想。

火星科學(xué)城最初計(jì)劃覆蓋17.6萬平方米的沙漠，面積超過30個(gè)足球場，造價(jià)大約1.35億美元，旨在開發(fā)殖民火星所需的技術(shù)，并建立實(shí)驗(yàn)室來刺激這個(gè)紅色星球的環(huán)境。它還將被用作食品、能源和水的使用的農(nóng)業(yè)試驗(yàn)臺。

火星殖民城市將由加壓的生物質(zhì)穹頂組成，以保持舒適的溫度和可居住的氣壓，每個(gè)地方都覆蓋著透明的聚乙烯膜。通過向地下冰層發(fā)電而產(chǎn)生的氧氣會填滿每個(gè)生物群落。隨著火星上人口的增長，生物穹頂將被連接在一起，形成環(huán)狀的村莊和城市。這座城市將使用太陽能供電和加熱，薄薄的大氣可以幫助穹頂保持溫度。由于火星上的大氣很少，傳熱量將會很低，這意味著穹頂內(nèi)的空氣不會像地球上那樣快地冷卻。

建筑將使用火星土壤3D打印的圓頂，房間將延伸到地下20英尺，以保護(hù)里面的人免受有害輻射和流星的傷害。這個(gè)神秘的設(shè)計(jì)在某些方面甚至有點(diǎn)好玩。在未來的火星上，你的地下洞穴里會有天窗，就像水族館一樣，有魚在周圍游泳。水窗保護(hù)居民免受輻射，同時(shí)允許光線進(jìn)入地下房間。

阿聯(lián)酋火星科學(xué)城預(yù)計(jì)于2022年開工，2024年完工。火星科學(xué)城將被用作模擬惡劣的類空間環(huán)境，在那里，人類被隔離生活幾周或幾個(gè)月，為未來的太空探索任務(wù)做準(zhǔn)備。MBRSC希望，未來這樣的研究能夠在阿聯(lián)酋火星科學(xué)城進(jìn)行。這將是一個(gè)可以開發(fā)科學(xué)和技術(shù)的平臺，以幫助未來的火星任務(wù)。此外，火星科學(xué)城將成為一個(gè)新的設(shè)施，幫助國際社會尋求火星殖民。