据美国nasaspaceflight网站2013年1月18日报道, 波音公司列出了可以用于载人探索火星的技术,包括航天发射系统(SLS)的运载火箭技术、正在发展的太阳能电推进技术以及比格罗公司即将进行试验的充气式居住舱模块技术。
从地月到火星
波音公司提出了分阶段完成深空探测,最终着陆火星的方法。波音公司在“实现载人月球与火星探索的航天发射系统能力”中介绍了依靠L2(地月拉朗日点平台,即EMLP平台,又称L2关卡),实现月球突围的运行,进而依靠这个月球任务体系结构实施火星探索。
通过分阶段探索的方法,在月球任务与火星任务之间建立联系;利用月球密集发射任务和EMLP平台技术,在月球与EMLP平台之间创造一个循环系统;利用太空中的系统演示验证长期操作,获取长期任务所需要的操作经验。总之,MLP平台将作为载人火星任务运载器的运行基地。
图1:SEP飞行器离开L2关卡(图片来源:中国国防科技信息网)
图2:携带了火星硬件的SLS(图片来源:中国国防科技信息网)
图3 :SEP推进的MTV(图片来源:中国国防科技信息网)
火星转移运载器(MTV)——利用已有技术到达火星
波音公司将在地球上建造火星转移运载器,然后在空间组装。美、俄、欧、加、日通过国际空间站都已经在地球建造、空间组装方面取得了经验。
波音公司提议利用基于比格罗公司即将试验的充气式模块舱,建成可充气“乘员转移居住舱”(CTH)模块,服务于火星转移运载器。按照设计,演进型SLS火箭将把CTH和构成MTV核心的其他元素送入低地球轨道(LEO),包括MTV“太阳能电推进”(SEP)级段所需的技术及硬件。
进入低地球轨道后,CTH将会膨胀展开,SEP级段也会展开太阳能电池阵列。接着由地面人员实施检查操作,全面确认操作系统。之后,MTV利用MTV推进(利用氙气或氪气的太阳能电推进系统)自行飞往EMLP平台。在这个系统的推进下,MTV的SEP级段(SEP常被称为离子推进)将包含系列推进器,可能属于下列三种推进中的一种:电热、静电或电磁。
MTV的SEP级段太阳能电池阵列捕捉太阳能,从阳光中获得电能,这些电力不仅用于SEP,也为整个MTV提供电力。 迄今至少有68个航天器应用了SEP,包括NASA的“黎明”号航天器和JAXA的“隼鸟”号航天器。
一旦SEP将MTV转移到EMLP平台,那么就可能利用MTV实现三类火星任务方案,分别是:到火卫一的载人任务、无人货运着陆器任务(为建造火星表面生活舱和补给做准备)、载人火星表面着陆任务。
图4:SEP飞行器(图片来源:中国国防科技信息网)
到火卫一的载人任务
MTV到达EMLP平台后,演进型SLS火箭将发射一个载人“多用途乘员飞行器”(MPCV–猎户座),一个空间段(化学推进装置),和为MTV的SEP提供的氙气和氪气。载人MPCV与空间段将与EMLP平台汇合。乘员对MTV进行最后的检查,之后让空间段、MPCV与MTV对接。随后,包括MPCV、CTH和空间段在内的完整的MTV与EMLP平台分离,空间段点火,推动MTV飞往转移火星进入(TMI) 轨道。
空间段化学燃料耗尽后将被抛下,由SEP系统接替,继续推动MTV到达火星。
经过几个月时间MTV才能抵达火星。SEP将把MTV送入高火星轨道(HMO),之后缓慢盘旋进入低火星/火卫一轨道(LMO)。进入LMO,MTV携带航天员再次利用SEP,与火卫一交会,可能降落在火卫一的斯蒂克尼陨石坑,这里能为航天员提供额外的天然辐射屏蔽。到达火卫一后,航天员将从MTV的CTH探测火卫一表面,实时远程操作火星表面设施。
任务完成后,SEP将把MTV送回HMO、并带它飞离MTV火星轨道返航。MTV回到EMLP平台,航天员进入MPCV并返回地球。MTV则留在EMLP,其系统将被更新,准备用于下一次火星之旅。
目前,波音公司估计MTV,SEP,CTH系统寿命可达12年,MTV将用于多种火星任务,从而大大降低项目成本。
图5:火星着陆器与SLS火箭(图片来源:中国国防科技信息网)
无人火星表面货运任务
演进型SLS火箭将发射配有空间级段的火星货物着陆器(MCaL)进入LEO,之后,空间段将把MCaL送到EMLP平台和MTV。执行无人火星表面货运任务时,MCaL将与MTV连接,替换下CTH。MCaL不仅装载航天员的补给和货物,还将为航天员提供在火星表面操作的主要居住舱。
MTV 离开EMLP后,将使用空间段进入转移火星进入(TMI)轨道。燃料耗尽后,空间段便被抛弃,MTV的SEP将把无人飞行器送到火星。进入火星轨道后,MCaL与MTV分离并降落到火星表面。安全着陆后,MCaL的圆柱型表面将会抬升,展开充气居住舱。这是再次利用比格罗的充气式居住舱技术。
随后,MTV返回EMLP平台,更新后准备再利用。
图6:火星着陆器到达火星表面(图片来源:中国国防科技信息网)
到火星表面的载人任务
演进型SLS火箭将运送航天员和空间段进入LEO。一个“火星乘员着陆器”(MCL)预先发射并转移到EMLP平台的MTV处。航天员到达MTV后,将把SEP氙和氪补给MTV,检查飞行器的系统,将MPCV,MCL,和空间段对接到MTV上,准备前往火星。
MTV使用空间段进入转移火星进入(TMI)轨道后,空间段便被抛弃,MTV将使用自己的SEP飞向火星。
进入火星轨道后,航天员们将乘坐MCL下降到火星表面靠近MCaL的地方。降落过程中,航天员们将乘坐升降级段登陆火星。这些技术源自于波音的月球体系结构任务。安全着陆火星后,航天员将进入MCaL居住并工作,实施火星表面操作。
任务完成后,航天员们会回到MCL上,升到火星轨道,在那里与MTV交会。MTV的SEP将携带飞船脱离火星轨道并将其送入返回EMLP平台的轨道。一回到EMLP平台,航天员将登上MPCV并返回地球。(许红英 李虹琳)