未來(lái)“月球科研站”揭面紗

未來(lái)月球科研站沙盤(pán)。本報(bào)記者 劉蘇雅攝

【資料圖】

今天是第八個(gè)中國(guó)航天日，中國(guó)航天日主場(chǎng)活動(dòng)暨2023中國(guó)航天大會(huì)在安徽合肥舉辦。在本次航天大會(huì)上，“走向世界的中國(guó)航天”主題展覽串起了中國(guó)航天的過(guò)去、現(xiàn)在和將來(lái)。商業(yè)航天也成為了大會(huì)上的“熱詞”。記者探展獲悉，今年，我國(guó)商業(yè)航天領(lǐng)域仍將持續(xù)突破，迎來(lái)多個(gè)“首次”。

月球發(fā)射航天器優(yōu)勢(shì)明顯

在主題展覽中，最具“科幻”色彩的展品，莫過(guò)于未來(lái)月球科研站的設(shè)計(jì)。在大大小小的月球環(huán)形山中間，科研工作站、能源中心、宇航員訓(xùn)練中心、太空發(fā)射場(chǎng)等建筑排布其間，可謂“五臟俱全”。

能源中心是核心部分，主要進(jìn)行能源轉(zhuǎn)化、新能源研究等工作。月球蘊(yùn)含著多種清潔能源，首當(dāng)其沖的是豐富的太陽(yáng)能。月球表面沒(méi)有大氣，太陽(yáng)輻射可以“長(zhǎng)驅(qū)直入”，每年到達(dá)月球范圍內(nèi)的太陽(yáng)光輻射能量，大約相當(dāng)于地球一年消耗各種能源所產(chǎn)生總能量的2.5萬(wàn)倍。豐富而穩(wěn)定的太陽(yáng)能，將成為月球科研站運(yùn)轉(zhuǎn)的重要支撐。此外，科研人員對(duì)氦-3等新型清潔能源的儲(chǔ)存、利用研究，也為進(jìn)一步開(kāi)展深空探測(cè)打下了基礎(chǔ)。

到月球去開(kāi)展科研工作，是月球探測(cè)的核心目標(biāo)之一?？蒲腥瞬艑@月球地表探測(cè)、資源利用、基礎(chǔ)建設(shè)、其他星球探測(cè)等領(lǐng)域不斷發(fā)力。隨著月球科研站的不斷拓展，月地往返、信息傳輸?shù)男枨罅縿?shì)必增大，月地指揮所將成為航天器往返和通信傳輸?shù)谋Ｕ?。量子通信有望成為地月之間的重要通信方式，真空環(huán)境能讓光量子的傳輸損耗大為降低。

月球上的生活，與地球有哪些不同？月球引力僅為地球的六分之一，長(zhǎng)期生活在月表，人體的肌肉功能、心肺功能會(huì)產(chǎn)生一定的退行性改變，需要通過(guò)鍛煉來(lái)保持身體狀態(tài)。下體負(fù)壓筒、太空跑步機(jī)、骨丟失對(duì)抗儀等適用于低重力環(huán)境的專(zhuān)項(xiàng)訓(xùn)練儀器，將在月表的宇航員訓(xùn)練中心進(jìn)行配備。

月球上的“一天”很漫長(zhǎng)，一個(gè)月晝就大約相當(dāng)于地球上的14天。因此，月球科研站還貼心地規(guī)劃了太空休閑中心，內(nèi)部將布設(shè)多種太空娛樂(lè)設(shè)施，為月球工作人員提供娛樂(lè)生活，也為未來(lái)的太空旅游業(yè)打下基礎(chǔ)。

要實(shí)現(xiàn)在地月之間往返，或未來(lái)到其他星球中轉(zhuǎn)，月面上的太空發(fā)射場(chǎng)必不可少。月表沒(méi)有大氣，這有利于航天器發(fā)射，加上月球自身較小的引力、發(fā)射升空可以借助地球引力等優(yōu)勢(shì)條件，航天器只需達(dá)到每秒1.8千米的速度，即可脫離月球引力，航天器發(fā)射所需的能源和自身重量都能減輕。

“天問(wèn)四號(hào)”將抵達(dá)天王星

今年，中國(guó)航天發(fā)射任務(wù)仍將高密度常態(tài)化舉行，中國(guó)空間站轉(zhuǎn)入應(yīng)用與發(fā)展階段，北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)還將完成3顆備份衛(wèi)星的發(fā)射，進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性。

目前，我國(guó)探月四期工程正在穩(wěn)步推進(jìn)。在“嫦娥六號(hào)”實(shí)現(xiàn)月球背面采樣返回、“嫦娥七號(hào)”實(shí)現(xiàn)月球南極原位科學(xué)與資源探測(cè)后，“嫦娥八號(hào)”任務(wù)將初步構(gòu)建起月球科研站的基本型，并與相關(guān)國(guó)家、國(guó)際組織和國(guó)際合作伙伴共同開(kāi)展國(guó)際月球科研站建設(shè)。

我國(guó)對(duì)宇宙發(fā)出的“天問(wèn)”也將繼續(xù)?！疤靻?wèn)二號(hào)”的目標(biāo)是一顆近地小行星2016HO3，將實(shí)現(xiàn)該星的取樣返回，并完成對(duì)小行星帶中的主帶彗星311P環(huán)繞探測(cè)。再赴火星的任務(wù)則將由“天問(wèn)三號(hào)”承擔(dān)，并將帶回火星的“土特產(chǎn)”——實(shí)現(xiàn)火星取樣返回。“天問(wèn)四號(hào)”將在發(fā)射后從金星和地球“借力”，實(shí)現(xiàn)木星系探測(cè)以及行星際穿越探測(cè)，最終抵達(dá)天王星。

此外，太陽(yáng)系邊際探測(cè)、國(guó)際月球科研站建設(shè)、近地小行星防御演示驗(yàn)證等深空探測(cè)任務(wù)均在規(guī)劃中，保障深空探測(cè)任務(wù)通信的“鵲橋”也將開(kāi)展試驗(yàn)。

京產(chǎn)“平板”衛(wèi)星今年首發(fā)

在本次主題展覽中，不乏商業(yè)航天企業(yè)參展，北京多家商業(yè)航天企業(yè)的身影也在其中。位于中關(guān)村“星谷”的銀河航天公司就帶來(lái)了最新研發(fā)成果——能一箭多星堆疊發(fā)射的平板衛(wèi)星。這款衛(wèi)星的首發(fā)星預(yù)計(jì)于今年第三季度發(fā)射。

記者注意到，該衛(wèi)星外形和常見(jiàn)的立方體衛(wèi)星、球形衛(wèi)星差別很大，看起來(lái)就像是一片金屬板?！鞍研l(wèi)星設(shè)計(jì)成這種形態(tài)，是為了方便后續(xù)的多星發(fā)射和加速衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。”銀河航天技術(shù)專(zhuān)家金歷群介紹，多顆“平板”衛(wèi)星可以在火箭整流罩內(nèi)一層層整齊堆疊起來(lái)，使用四套壓緊桿將衛(wèi)星組合體壓緊在火箭適配器上，從而大幅節(jié)約整流罩內(nèi)部空間。星箭分離時(shí)，火箭先旋轉(zhuǎn)起來(lái)，然后四套壓緊桿同時(shí)解除約束，各衛(wèi)星就會(huì)在慣性力作用下相互分離。

“這款衛(wèi)星的單次發(fā)射數(shù)量可以大幅提升，這主要取決于運(yùn)載工具的空間、重量等約束?！苯饸v群自豪地說(shuō)，隨著越來(lái)越多的衛(wèi)星入軌，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)將發(fā)揮出它最大的價(jià)值，發(fā)揮其全覆蓋、高帶寬、低時(shí)延、低成本等優(yōu)勢(shì)，成為解決全球網(wǎng)絡(luò)覆蓋的新方案。

這款衛(wèi)星還擁有一片獨(dú)特的“翅膀”。它所使用的太陽(yáng)翼是該公司自主研發(fā)的我國(guó)商業(yè)航天首款柔性太陽(yáng)翼。柔性太陽(yáng)電池板厚度僅為1毫米左右，輕薄的材料使其折疊后緊密貼合，折起來(lái)的主體厚度還不到5厘米。更大的收納比、能量比，在讓衛(wèi)星更加輕巧的同時(shí)，還能保證大功率輸出。

全球最大固體運(yùn)載火箭紀(jì)錄也有望在今年被刷新。東方空間公司在論壇上透露，該公司研發(fā)的“引力-1”號(hào)火箭今年將在山東海陽(yáng)東方航天港首飛。同期發(fā)布的《2022中國(guó)商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)投資報(bào)告》顯示，截至2022年底，國(guó)內(nèi)已注冊(cè)的商業(yè)航天企業(yè)數(shù)量達(dá)433家，民營(yíng)企業(yè)的火箭產(chǎn)品豐富，處于高速發(fā)展期，民營(yíng)企業(yè)火箭型號(hào)將是未來(lái)發(fā)射市場(chǎng)的主要力量。

利用太陽(yáng)能構(gòu)建“空間電網(wǎng)”

在2023中國(guó)航天大會(huì)商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)國(guó)際論壇上，全球首個(gè)商業(yè)化空間太陽(yáng)能電站產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目發(fā)布，未來(lái)“太空電網(wǎng)”將為空間、地面甚至其他天體提供充足的清潔能源。

“地球從太陽(yáng)獲得的能量，僅是太陽(yáng)所發(fā)出能量的十六億分之一，太多能源沒(méi)有被我們利用。空間太陽(yáng)能電站不會(huì)受黑夜、陰影等限制，并且在各軌道上都能發(fā)展，它帶來(lái)的效益將十分可觀?！敝袊?guó)工程院院士段寶巖說(shuō)。

作為這一設(shè)想的提出者，北京無(wú)限光輝公司執(zhí)行總裁李濤表示，項(xiàng)目需要突破空間超大功率高效無(wú)線能量傳輸技術(shù)、空間超大功率高效發(fā)電與電力管理技術(shù)、空間超大型系統(tǒng)在軌組裝與維護(hù)技術(shù)等一系列技術(shù)制約。該項(xiàng)目預(yù)計(jì)在2024年進(jìn)行雙星驗(yàn)證；2025年至2027年將組建“空間電網(wǎng)”，預(yù)計(jì)通過(guò)1個(gè)分布式電站，就能同時(shí)為附近的10顆衛(wèi)星進(jìn)行足額供電；2028年至2030年，地面能量傳輸將有望實(shí)現(xiàn)。

“空間太陽(yáng)能電站是空間能源體系的核心要素，它能讓衛(wèi)星不再為能源和動(dòng)力系統(tǒng)所制約?！崩顫?jì)劃通過(guò)空間能源體系的搭建，為商業(yè)空間站、空間數(shù)據(jù)中心、空間算力中心以及全天候通信提供持續(xù)的能源保障。

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