8月20日,NASA悄無聲息地公佈了初選出的13個月球人類著陸系統(HLS)的預定著陸地區。這13片區域均處於月球南緯6°以內,最近的一塊區域距離南極點也非常近。其中每塊地區都有15×15公里的面積,不折不扣地說這幾乎覆蓋了大部分適合著陸的月球正面的南極地區。這13塊著陸區分別是:
1,福斯蒂尼隕石坑邊緣A2,沙克爾頓隕石坑附近的山頂3,南極連接嶺4,南極連接嶺延伸區5,德·傑拉許隕石坑邊緣16,德·傑拉許隕石坑邊緣27,德·傑拉許-科赫地塊8,霍沃思環形山9,馬拉柏特環形山地塊10,萊布尼茲環形山貝塔高原11,諾畢爾環形山邊緣112,諾畢爾環形山邊緣213,阿蒙森環形山邊緣
當然這13處區域也只是一個初步選址,NASA會在大約2024年年中進一步將該名單縮小為個位數,其實考慮到獵戶座飛船軌道和時間的實際情況,同一次任務也會備選數個不同的著陸地區。而每個著陸區也會有多個100米見方的著陸點。那NASA為何要選定這片區域作為2025年阿爾忒彌斯3號登月任務的著陸點呢?除常規的地形地貌以及技術難度外,我想還有這麼幾個原因。
首先,要落在隕石坑邊上最容易找到水冰的地方
現在幾乎可以肯定地說,月球上有水。不管是NASA、印度還是其他國家都從數據上證明了這一點。月球南極的正面雖然經年受到日光的斜射,但那些巨大的隕石坑內部卻蘊藏著大片太陽永遠照射不到的地方(永久陰影區),水冰就最可能藏在那裡。而高緯地區的永久陰影區更是普遍,因此人類著陸系統的著陸點距離永久陰影區越近,宇航員月球漫步時就越容易抵達那裡,可以進一步提高找到月球水冰樣本的可能性,這就是13處著陸區均在南極點附近的原因。這可比第一個登上月球的女人這種象徵性任務有價值的多了——找到水是殖民月球邁出的重要一步。另外,嫦娥探月的後續目標也都是月球南極,無獨有偶的是各平臺也在昨天整齊劃一地公佈了嫦娥任務計劃在2030年左右實現載人登月,開始給人一種月球南極“爭奪”的味道了。其次,要落在日照時間不低於6天半的地方
很多人肯定不理解,阿爾忒彌斯登月任務為何一下子就要在月球上停留6天多的時間,難道不找到水冰決不罷休嗎?顯然不是這樣,需要持續太陽照射,目的是給人類著陸系統(登月艙)提供持續的電力,以保障設備和人員的安全。6天半的時間不是一個範圍,而是一個週期,也就是說一旦6.5天后登月艙不能升空與獵戶座飛船對接,那麼他們還要再等待一週的時間,這是不是比阿波羅登月時代複雜多了?
原來,Artemis 3號任務的繞月軌道是未來月球門戶軌道站要用到的NRHO近直線暈軌道,這個軌道近月點距離月球北極約1500-3000公里,遠月點距離月球南極約70000公里,繞月一圈大約需要一週的時間,因此登月艙一旦錯過了升空對接時間,就需要繼續等待7天。既然NRHO軌道這麼複雜,NASA為什麼不繼續搞成原來阿波羅式的近月軌道飛行呢?那樣幾乎隨時都可以升空對接。
我想主要有兩方面的原因,首先NASA肯定不想完全重複過去的工作,其次這個全新的NRHO軌道盡管不是特別穩定,而且是三體問題的一種理論上的計算方案,屬於“前無古人”,但這個軌道只需要消耗少量的燃料,就可以保持相對穩定,同時從NRHO軌道不同的位置,可以非常方便、最低消耗的登陸月球、返回地球或者前往更遠的深空(如火星)。
第三,要落在星際飛船能夠兼容著陸的地方
這個就很好理解了。如果有同好去關注一下老馬家星際飛船的進度就會發現,年內入軌發射的概率很可能只有50%,而2025年的人類著陸系統就是星際飛船的一個變體(去掉隔熱瓦、加裝登月電梯等),可以猜測SpaceX不會有太多的時間去臨時改動人類著陸系統。因此NASA也必須提前數年跟SpaceX的技術人員協調好可能的著陸地區,以便SpaceX提前對著陸系統進行相應的匹配。
最後,要落在現有海量探測器數據支持的地方
13年前,NASA的月球軌道勘測器LRO升空,不但積累了大量的高清地形地貌數據,同時設備上攜帶的中子探測儀等設備也在不斷地發現月球上水分子和羥基;印度的月船計劃也通過攜帶的探測設備確認了月球水的存在。值得一提的是,這次NASA選定的13個區域排名第二的“沙克爾頓隕石坑”,就是當年印度探測器撞擊月球的地方,而NASA也確認該地區有不低於20%的水冰覆蓋。
最後再說說對NASA宇航員南極登月的看法,我一點都不懷疑人類會在月球上找到冰,但我對2025年能否登月保持懷疑(川普時代是2024)。首先就是NRHO近直線暈軌道的問題,截止今天依然沒有飛行器對該軌道的運行穩定性進行驗證,NASA在6月份發射的CAPSTONE軌道驗證器要到年底才能抵達月球,後續會不會對該軌道參數進行修正還不得而知。另外人類著陸系統(HLS,登月艙)目前連影子也沒有,雖說是用星際飛船改,但星際飛船在3年內能否完全穩定飛行都還是個問號。還有一個老大難就是NASA想強加上的“月球門戶”軌道站,看起來不太可能在2025年完成建設並投入使用了,不過即便月球門戶建設拖延,NASA也不會再等了。
所以我推測的NASA登月時間可能是2026-2028年。再看嫦娥探月計劃,這兩天報道放風說在2030年左右載人登月。怎麼說呢,如果是長五在軌組裝的方案,我相信是可行的。至於921、長九,考慮到載人還是保守估計點好,多了就不說了。所以即便雙方都是探索南極,時間線上也不太會有衝突,“爭奪賽”短期也不會存在,最終的玩法可能也各不相同。