设计用于坠毁的月球火箭

对于 NASA 最新的月球发射任务,毁灭性的自毁将意味着成功

在 1960 年的动画片《命中与射击》中,大力水手不小心将一枚火箭撞向了一个由奶酪组成的月球。

大力水手 很快意识到 他需要更多的燃料,“这样我们才能回到地球”,于是他去寻求帮助。

当 NASA 的一组科学家今年夏天故意将一枚火箭撞向月球时,他们也在寻找燃料——某种意义上。

他们希望月球坑观测与传感卫星(LCROSS)能够告诉他们月球上是否存在水冰。如果存在,它就可以被收集起来供人类使用,包括作为火箭燃料。

LCROSS 卫星将与更大的月球勘测轨道器(LRO)一同前往月球;这两项任务共同代表了 NASA 将人类送回月球并在 2020 年前建立月球前哨的计划的第一步。

在此次任务中,NASA 探测器的毁灭将是有意为之。在检查 LCROSS 毁灭的后果时,科学家们希望发现水蒸气。

由于 LCROSS 几乎是在事后构思的,而且项目周期和预算都很紧张,因此它包含了从私营企业拼凑而成的部件。例如,该航天器的红外光谱仪来自一家生产用于地毯回收商的手持设备的公司的产品,而其红外摄像头之一最初是为 IndyCar 赛车设计的。

“这太不可思议了——如果你在行业中进行搜索,并且有特定的要求,你就可以找到符合你规格的仪器。你实际上只是利用了私人和商业的投资,”LCROSS 任务首席研究员 Anthony Colaprete 说,他任职于加州莫菲特菲尔德的 NASA 艾姆斯研究中心。“这不一定让事情变得更好,但它产生了足够好的仪器和航天器。这就是宗旨。”

同样,该任务也是业余天文学家参与开创性科学的机会。航天局正在征求月球观测者的帮助,他们已经发送了不同月相的月球图像,并将把他们的望远镜对准地球的伴侣,在夏天观察撞击。该项目是国际天文年的一大亮点。

此次登月任务定于今年春季进行,目标发射日期为 5 月 21 日;撞击定于 8 月 28 日。

在勘测轨道器规划期间,工程师们意识到该航天器的 Atlas V 火箭有足够的推力来容纳另一个探测器,因此 NASA 征集了提案。研究地球和火星气候变化的 Colaprete 与现任 LCROSS 项目经理 Dan Andrews 及其他人合作,提出了将某物撞向月球以便他们能检查碎片的主意。

他们与诺斯罗普·格鲁曼航空航天系统公司的工程师联手设计了 LCROSS,该设计于 2006 年 4 月从各项提案中脱颖而出。到 2008 年春天,该航天器已经设计、制造和测试完毕,这是一个异常快速的周转过程,Colaprete 表示这有助于团队保持目标。

“这促成了一个简单易于组装的设计。如果你有更多的时间,你会想得更多,事情就会变得更复杂,”他说。

诺斯罗普·格鲁曼公司先进概念技术和新兴系统副总裁 Stephen Hixson 表示,该任务 27 个月的截止日期和相对较低的 7900 万美元价格标签迫使团队量力而行。工程师们必须“低成本地进行构思”。

“你可以将其视为一种限制,或者你可以将其视为,你基本上确定了航空电子设备、太阳能电池板和仪器载荷的体积,”Hixson 说。“在某种意义上,这简化了我们的任务。”

NASA/Tim Jacobs

团队还寻找廉价选择,这是太空探索中的一个新概念。Colaprete 发现了几家小型企业,它们已经提供了所需的仪器或可以迅速制造。在一次案例中,他购买的一台相机在振动测试中损坏了,NASA 管理人员前去调查原因。

“有人建议我们打开它看看,找出问题所在,我说‘不,它在保修期内。如果你撕开封条,它就不在保修期内了’。他们不相信我,”Colaprete 说。

他把它寄了回去,制造商发现安装了一个错误的零件。公司进行了维修并寄了回来。它通过了测试。

“否则,我不知道要花费多少万美元来修理这台相机,”Colaprete 说。

五月发射后,LRO 将被送往其轨道,将 Atlas V 的上面级 Centaur 火箭与较小的卫星留在原地。这对组合将在一个细长的轨道上绕月飞行——部分设计是为了消耗 Centaur 的剩余燃料,这样卫星的水蒸气探测仪器就不会被过量的氢气干扰。

在最后接近时,Centaur 将与航天器分离,以每小时 9000 公里的速度撞击选定的陨石坑。

LCROSS 必须撞击陨石坑中一个黑暗的月牙区域,很可能是靠近月球北极的某个区域。该陨石坑必须足够深,以便其边缘使其部分表面永久处于阴影中;这样,它就能保持足够低的温度,以至于古代冰(可能由彗星带来)永远没有机会融化。

Centaur 的撞击将形成一个新的陨石坑和一个巨大的喷射尘埃和泥土的云团。

四分钟后,LCROSS 将飞过尘埃,疯狂地收集数据并传回地球,然后迎来它自己的终结,这将造成第二个碎片羽流。来自尘埃云的数据将帮助科学家们确定月球表面下是否存在水。

地面望远镜,包括夏威夷毛纳基亚的凯克望远镜和红外望远镜,将于 8 月 28 日观测月球,寻找水蒸气和其他物质。喷射出的尘埃云应该足够大,可以用 10 英寸的望远镜看到,这意味着许多业余天文学家将很高兴有一次满月可看。

该卫星正在肯尼迪航天中心准备发射。

 

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丽贝卡·博伊尔是一位屡获殊荣的自由撰稿人,她撰写关于天文学、人畜共患病以及介于两者之间的各种主题的文章。她是《大西洋月刊》的特约撰稿人,她的作品经常出现在《大众科学》、《新科学家》、《FiveThirtyEight》、《连线》以及许多其他面向成人和儿童的出版物上。丽贝卡在科罗拉多州长大,离太空更近一英里,现在住在圣路易斯,靠近大陆两条最强大的河流的交汇处。

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