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邁向更深遠的太空:NASA阿爾忒彌斯首次任務軌迹概述

邁向更深遠的太空:NASA阿爾忒彌斯首次任務軌迹概述

阿爾忒彌斯1号任務軌迹資訊圖。

圖檔來源:NASA

圖檔漢化:哇喳

阿爾忒彌斯1号任務(Artemis I),此前名為探索任務1号(Exploration Mission-1),将是NASA首次對深空探索系統進行綜合測試,該系統包括:獵戶座飛船、太空發射系統火箭,以及位于美國佛羅裡達州卡納維拉爾角肯尼迪航天中心的地面系統。作為一系列複雜度逐級增高的任務中的第一個,阿爾忒彌斯1号任務将是一次無人飛行測試,它将為人類深空探索奠定基礎,同時展示我們将人類生存擴充到月球及更遠地區的承諾和能力。

在這次飛行中,獵戶座飛船将搭乘世界上最強大的火箭發射升空,它将比任何為載人任務建造的航天器飛得更遠。在大約3周的任務過程中,它将駛離至地球45萬千米之外的位置,距離月球數千公裡。相比未與國際空間站對接的載人航天任務,獵戶座在太空中停留的時間将更為漫長,傳回地球時也将比以往任何時候的速度都更快、溫度都更高。

“這項任務将真正完成那些尚未完成的目标、學習尚不可知的資訊,”NASA華盛頓總部的阿爾忒彌斯1号任務負責人邁克·薩拉芬(Mike Sarafin)表示,“它将為下一次獵戶座的載人飛行任務開辟前路,為阿爾忒彌斯2号任務做好充足而萬全的準備。”

離開地球

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NASA的太空發射系統火箭将搭載獵戶座飛船,從美國佛羅裡達州肯尼迪航天中心NASA現代化太空港的39B發射場發射。

太空發射系統和獵戶座将從美國佛羅裡達州肯尼迪航天中心NASA現代化航天港的39B發射場發射升空。為了更好地将宇航員或貨物運送到月球及更遠的近地軌道以外,太空發射系統火箭應運而生,它将在發射和上升過程中産生880萬磅(約合4000萬牛頓)的推力,将重達近600萬磅(約合270萬千克)的飛行器送入軌道。在一對五段式助推器和四台RS-25發動機的推動下,火箭将在90秒的時間内達到最大大氣阻力時期。在分離掉助推器、服務艙(service module)面闆和發射中止系統(launch abort system)後,火箭的核心級發動機将關閉,并與獵戶座飛船分離。

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在阿爾忒彌斯1号任務期間,獵戶座飛船将在大約3周的任務中探索月球以外數千公裡的地方。

當獵戶座飛船繞地球軌道運作時,它會部署好它的太陽能電池陣列,中間低溫推進級(Interim Cryogenic Propulsion Stage,ICPS)将為獵戶座提供離開地球軌道并前往月球所需的巨大推動力。從那裡,獵戶座将在發射後約2小時的時間内與ICPS分離,然後,ICPS将部署一些名為立方星(CubeSat)的小型衛星,用于進行多項實驗和技術示範。

登上月球

随着獵戶座繼續它從地球軌道前往月球的路徑,它将由歐洲航天局提供的一個服務艙推動前進,這一服務艙将作為航天器的主要推進系統和能源,在未來的載人任務中它還将為宇航員提供艙内的空氣和水源。獵戶座将穿過範艾倫輻射帶(Van Allen radiation belts),飛越全球定位系統衛星星座以及地球軌道上的通信衛星。為了與美國休斯頓的任務控制中心進行通訊,獵戶座将從NASA的跟蹤和資料中繼衛星(Tracking and Data Relay Satellites)系統切換到深空網絡(Deep Space Network)。從這裡開始,獵戶座将繼續展示其在深空環境中導航、通信和操作的獨特設計。

前往月球的出港之旅須要花上好幾天的時間,在此期間,工程師将對獵戶座的系統進行評估,并根據需要修正飛船的軌迹。獵戶座将在月球表面上方約62英裡(100千米)處飛行,然後利用月球的引力将自己推進到距離月球約4萬英裡(7萬千米)位置,駛入新的遠距離逆行軌道(retrograde orbit)。

獵戶座飛船将在該軌道上停留大約6天的時間,用來收集資料并允許任務控制員對航天器的性能進行評估。在此期間,獵戶座将以月球繞地球運作相反的方向,繞月球逆行。

傳回和再入

為了傳回地球,獵戶座将進行第二次近距離飛行,這一次它将被帶到月球表面約60英裡(97千米)的高度以内,利用歐洲提供的服務艙的另一個精确定時發動機點火,再結合月球引力的加速作用,航天器将結束繞月運作傳回地球。這次操作将使航天器沿計劃軌道傳回地球,以2.5萬英裡/秒(11千米/秒)的速度進入地球的大氣層,屆時溫度将高達大約5000華氏度(2760攝氏度),不論是速度還是溫度,阿爾忒彌斯1号中獵戶座都将比它在2014年所經曆的更高。

大約3周之後,獵戶座的飛行總距離将超過130萬英裡(210萬千米),阿爾忒彌斯1号任務也将以獵戶座安全傳回地球的能力測試為結束,那時,航天器将精确着陸在美國加利福尼亞州巴哈海岸附近的回收艦(recovery ship)視線範圍内。安全濺落之後,獵戶座仍将在一段時間内保持電力開啟狀态,來自美國海軍的潛水員和來自NASA探索地面系統(Exploration Ground Systems)的營運團隊将從等待的回收艦上乘坐小船靠近航天器。潛水員将簡單地檢查航天器是否存在危險隐患,并連接配接好牽引繩,然後工程師将把太空艙拖入回收艦的井型甲闆,将它“托運回家”。

未來的任務

通過這第一次探索任務,NASA正在引領人類探索深空的下一步,宇航員将在那裡建造并開始測試月球表面任務、探索距離地球更遠的其他目的地(包括火星)所需的月球鄰近系統。第二次飛行任務将搭乘宇航員進入不同的軌道,并在載人的情況下對獵戶座的關鍵系統進行測試。對于太空發射系統火箭而言,則将從能夠向月球發送超過26噸的初始配置演變為可以發送至少45噸的最終配置。獵戶座、太空發射系統和肯尼迪的地面系統将能夠共同滿足深空最具挑戰性的載人和貨運任務需求。

未來,獵戶座的載人探索任務将與“門戶”(Gateway)進行組裝和對接。NASA及其合作夥伴将使用“門戶”進行深空操作,包括前往和登陸月球的任務,同時減少對地球的依賴。使用月球軌道,我們将獲得必要的經驗,使人類探索比以往任何時候都更加深入太陽系。

參考來源:

[1] https://www.nasa.gov/feature/around-the-moon-with-nasa-s-first-launch-of-sls-with-orion

[2] https://www.nasa.gov/image-feature/artemis-i-map

[3] https://www.nasa.gov/experience-artemis-1

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