“门户”首批科学实验确定,欧空局将主打辐射监测

上图展示了猎户座飞船与被称作“门户”的月球哨站的对接过程,在国际空间站之后,多国航天机构将合作发射下一个空间站,那就是“门户”。
图片来源:ESA

地球上空,国际空间站就像是宇航员太空之游的“飞船旅舍”,而在不久的未来,前往月球旅行的太空人也将拥有一个特别的空中基地:门户。

月球轨道平台门户(Lunar Orbital Platform-Gateway,LOP-G,又称“深空之门”)将以一种小型宇宙飞船的形式绕月球轨道飞行,但它将不止于在登月任务中作为中转站,在更进一步人类火星探索中,门户也会发光发热。门户将在月球附近组装成型,应任务的需求会在不同轨道之间移动,帮我们实现有史以来最遥远的人类太空飞行任务。

在前往月球和火星前,宇航员可以在门户中进行远离地球的各种训练;利用门户独特、可调整的空间位置,对于那些在地球和国际空间站上难以满足条件的科学实验,研究人员会有更多的探索可能;它甚至可以是一个“太空机场”,让飞往月球和火星的航天器在不返回地球的情况下也能增添燃料、更换零件……

在充满谜团与未知的太空中,门户将带给我们更多解释与探索的可能。

目前,欧洲空间局(ESA)和美国航空航天局(NASA)已经选定了门户上将要进行的第一批科学实验,其中欧洲的主要精力将集中在对辐射的监测上。太空辐射对于航天器运行和宇航员安全都极为重要,在月球身边组装门户时,我们必须对宇宙射线太阳辐射有一个全面的认识,特别是在那些人类探索从未涉足的区域。

“门户”首批科学实验确定,欧空局将主打辐射监测

门户第一个舱,即动力和推进元件(Power and Propulsion Element)的概念图。门户的组装工作计划在接下来的十年中完成,运行的绕月轨道将会是一个长轴很长的“偏心”椭圆,近月点距离月球表面约3000公里,远月点则距离月表70 000公里。相比直接从地球出发前往月球的载人航天任务,从地球到门户所需的能量要少得多,宇航员可以利用基于门户的航天器前往月球进行更多的探索。动力和推进元件的组装将在阿尔忒弥斯2号(Artemis II)任务中启动,同时将承载两项舱外科学研究。
图片来源:NASA

ESA建造的硬件将持续、主动监测辐射,测得的数据则会提供给参与国的科学家进行查阅。

在飞向绕月轨道的途中,门户的舱体元件将会穿过范艾伦辐射带(Van Allen radiation belt)。范艾伦辐射带位于地球附近,是近层宇宙空间中包围着地球的高能粒子辐射带。这些微粒能对人体造成严重的辐射伤害,而门户的舱体硬件将能提供一系列重要的信息,让研究人员制定出保护宇航员安全通过辐射带的方案。

“门户”首批科学实验确定,欧空局将主打辐射监测

这张合成图像展示了太阳日冕太阳风的形貌,以及地球磁层艺术概念图。
图片来源:ESA/NASA

到达既定的目标轨道后,门户将围绕月球飞行,近月点距离月球表面约3000公里,远月点则距离月表70 000公里。辐射研究也会持续进行,监测质子、电子、重离子和中子撞击到测量仪时的强度和浓度变化。

对于不同绕月轨道的利弊,NASA和欧洲空间运行中心(European Space Operations Center,ESOC)的任务策划人员花了好几个月的时间来讨论,如今已经敲定了最终的绕月轨道:“近直线晕轨道”(near-rectilinear halo orbit,NRHO)。
不同于阿波罗任务所采用的近月轨道,门户将会在一个高度“偏心”的轨道上运行:最靠近时距离月球表面为3000公里,而最远时将距离月表70 000公里;并且,随着月球的旋转,这条轨道也会有相应的角度变化,因此从地球上看,它会有点像是月晕。
作为绕月轨道上的一个永久基地,门户将会成为一个重要的中转站,只需适度的操作就能让来访的航天器减速、对接,航天器可以在此停歇,更换零件、组装部件。
视频来源:ESA

ESA人类与机器探索(Human and Robotic Exploration)科学团队负责人詹妮弗•恩戈•安赫(Jennifer Ngo-Anh)说:“重中子对我们尤为重要,一些宇宙射线在撞击月球并与月球相互作用后,会反射成对人体危害的重中子。我们需要更多地了解这些粒子的形成位置和形成机理,以保护宇航员的身体安全。”

NASA将在门户上进行的首次研究则是一项朝向太阳的太空天气实验,目的是观察太阳粒子和太阳风。由于太阳上的大爆发是无法预测的,还可能导致强劲的辐射爆发和太阳风,出到地球的保护性大气之外时,宇航员会面临种种这些因素的威胁。

“门户”首批科学实验确定,欧空局将主打辐射监测

月球轨道上的门户

门户整体重约40吨,包括一个服务舱、一个通信舱、一个连接舱、一个用于太空行走的气密过渡舱、一个供宇航员居住的空间,以及一个操作站,用于远程指挥位于月球上的机械臂或漫游车。宇航员在门户上最多可以一次性连续待上90天。

ESA的人类与机器探索主管大卫•帕克(David Parker)解释说:“(ESA和NASA的)这两项实验将协同合作,为我们提供急需的信息,用以预测辐射事件,并设计出能为前往月球的宇航员提供更好保护的的航天器。”

“在我们为下一代欧洲宇航员做好准备,让他们与NASA的同事们一起参与阿尔忒弥斯计划时,这项研究至关重要,在我们迈向月球的过程中,它展示了科学和探索是如何协同并进的。”

“门户”首批科学实验确定,欧空局将主打辐射监测

门户构造概念图。
图片来源:NASA/ESA

未来,更多的科学实验将会登上门户,充分利用月球轨道上独特的环境,毕竟这种环境在地球或国际空间站上是无法复制的。

门户将在接下来的十年内进行构建和组装,作为深空之中探索、科研和商业活动的平台。门户的运行将能提供宝贵的航天经验,验证关键的空间技术,为未来的人类火星探索任务提供支持。根据Space19+的决定,ESA将为门户构建一个居住舱(Habitation module)、通信系统和加油舱。加拿大航天局(Canadian Space Agency,CSA)则将为这一月球前哨站提供先进的机器人技术;日本宇宙航空研究开发机构(Japan Aerospace Exploration Agency,JAXA)也在讨论相关的元件支持。

参考来源:

http://www.esa.int/Science_Exploration/Human_and_Robotic_Exploration/European_Gateway_experiment_will_monitor_radiation_in_deep_space

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