月球到火星

2020年6月24日，工程师们通过对液态氧结构测试件进行失效点测试，完成了太空发射系统(SLS)火箭的阿耳忒弥斯(Artemis)探月任务结构测试。 “航天发射系统和马歇尔测试小组在完成测试项目方面做了大量工作，这不仅是SLS项目的一个重要里程碑，也是阿耳忒弥斯项目的一个重要里程碑，”SLS项目经理约翰·霍尼卡特(John Honeycutt)说。“从搭建测试台、支持设备和测试物品到进行测试和分析数据，这是一项了不起的工作，将有助于将宇航员送上月球。” 在最后的测试中，高70英尺、直径28英尺的液氧罐测试件被螺栓固定在马歇尔号4697试验台底座上一个巨大的185,000磅的钢环上。然后，液压缸被校准并放置在整个燃料箱上，以施加来自四面八方的数百万磅的破坏性压力，同时工程师们测量并记录发射和飞行力的影响。液氧罐在焊缝处发生了周向故障，正如工程师预测的那样，并达到了预期的大约载荷水平，这证明了飞行准备就绪，并为液氧罐的设计者提供了关键数据。测试在美国东部时间晚上9点结束。其液氧结构试验项目的最终试验达到了项目的所有目的。 工程师们通过打破液氧罐测试件，对太空发射系统(SLS)火箭完成了近200次测试。这次测试是为确保火箭结构能够经受太空飞行的严酷考验而进行的3年结构测试中的最后一次。这些测试对于安全将宇航员送入太空进行阿耳忒弥斯登月任务至关重要。首先，工程师们利用计算机建模来设计火箭的主要结构，以确定具体的安全因素。然后，他们将这些模型与测试结合在一起，以查看模型的预测是否正确。超过20次的SLS结构测试表明，液氧罐能够经受住发射和飞行期间预计会发生的压力。6月24日的测试将燃料箱推到其极限之外，看看需要多大的力才能破坏燃料箱的结构。这张照片显示的是水箱失灵时水从水箱中喷涌而出。所导致的结构的周向屈曲发生在预测破坏值的2%以内。测试结果将为火箭设计者提供有价值的信息，以使SLS氧气罐更轻，并为其他政府和商业火箭的设计提供信息。 来源：NASA/David Olive 位于阿拉巴马州亨茨维尔的美国宇航局马歇尔航天飞行中心成功完成了SLS结构资格测试，结束了该中心自30多年前航天飞机项目测试以来最大的一次测试活动。在测试过程中，五个结构测试部件经历了199个单独的测试用例，并且收集了超过421GB以上的数据添加到用于设计火箭的计算机模型中。最后的测试标志着在完成阿耳忒弥斯I号任务之前，SLS的所有结构测试要求都已完成。阿耳忒弥斯I号任务是一系列日益复杂的任务中的第一个，这些任务将使人类能够探索月球和火星。 今年早些时候，NASA和核心阶段主承包商波音公司的工程师完成了24项基线测试，在液氧结构测试件上模拟了实际飞行条件。在所有的测试中，数千个传感器测量压力、压力和温度，而高速摄像机和麦克风则试图确定燃料箱圆柱壁的任何弯曲或裂缝。从此基准测试收集的数据有助于对SLS核心级结构和集成的上层级进行飞行测试。 自2017年5月以来，马歇尔团队一直在对火箭进行结构鉴定测试，对火箭上部进行了综合测试，包括临时低温推进阶段、猎户座阶段适配器和运载火箭阶段适配器。接着测试了组成核心阶段的四个最大的结构——发动机部分、中间罐、液氢罐和液氧罐。每一项测试都为计算机模型提供了额外的数据，以预测结构在发射和飞行的恶劣条件下的表现。 “马歇尔测试实验室团队与太空发射系统计划密切合作，从上到下测试火箭的结构。”马歇尔测试实验室主任拉尔夫·卡鲁斯(Ralph Carruth)说，“我们观看了测试架的建造，与SLS和波音的工程师一起建立了测试程序，并进行了结构合格测试，并收集了结果，我们很自豪地贡献了数据，显示这些结构可以承受飞行的严格要求。” 随着测试的结束，设计人员现在拥有了可能有助于优化SLS硬件的数据。SLS将有能力把宇航员送上月球，并最终送上火星。测试这些新的复杂硬件不仅对SLS和美国宇航局猎户座飞船的首次飞行测试成功至关重要，而且对未来所有任务都至关重要。 “今年是阿耳忒弥斯任务核心阶段测试具有里程碑意义的一年，”SLS阶段负责人朱莉·巴斯勒(Julie Bassler)说。“我们已经在马歇尔航天飞行中心成功地完成了核心阶段的主要结构测试，在阿耳忒弥斯航天中心模拟发射的阿耳忒弥斯I号任务核心阶段的绿色运行测试也正在取得进展。所有这些测试不仅对第一次阿耳忒弥斯任务有价值，而且验证了SLS核心级结构、推进和航空电子系统的新集成设计，并确保其为未来飞行做好准备。” 为了完成美国宇航局太空发射系统(SLS)火箭的结构鉴定测试，液态氧结构测试件被推到极限，直到它破裂，水从容器中喷溅出来。这个燃料箱是SLS核心阶段的一部分，将产生200万磅的推力来帮助火箭发射。氧气罐被螺栓固定在马歇尔号4697试验台底部一个巨大的钢环中。然后，液压缸被校准并沿着油箱放置，以施加来自四面八方的数百万磅的破坏性力量，同时工程师测量并记录发射和飞行力的影响。在6月24日的测试中，用于模拟液氧的水在水箱破裂后流出。为确保SLS火箭的结构能经受发射的严格考验，并安全将宇航员送上月球，对火箭进行了结构测试。 来源：NASA / David Olive 密西西比州圣路易斯海湾附近的斯坦尼斯航天中心的团队正在为阿耳忒弥斯1号任务组装的SLS核心阶段的绿色运行测试方面取得进展。在位于新奥尔良的NASA Michoud组装工厂，核心阶段主承包商波音公司已经为阿耳忒弥斯II号任务制造了所有主要核心阶段的结构，并开始了阿耳忒弥斯III号任务结构的工作。212英尺高的核心级是NASA自为阿波罗登月任务提供动力的土星五号级以来建造的最大、最复杂的火箭级。Rocketdyne公司已经为阿耳忒弥斯2号任务装配了发动机，目前正在装配阿耳忒弥斯3号发动机。 诺斯罗普·格鲁曼公司最近向美国宇航局位于佛罗里达州的肯尼迪航天中心交付了助推器部件，它们正在那里准备发射。第二次阿耳忒弥斯任务的所有10个片段都已确定，诺斯罗普·格鲁曼公司目前正在为阿耳忒弥斯III号任务研发助推器。随着助推器到达肯尼迪，将为阿耳忒弥斯I号飞行测试提供的剩余硬件仅是运载火箭载物台适配器，它将火箭与猎户座飞船连接，并将于今年夏天到达，以及SLS核心载物台，将于今年晚些时候在斯坦尼斯（Stennis）进行绿色运行热火试验后，通过驳船运到肯尼迪。 SLS火箭、猎户座飞船、门户和载人着陆系统是美国宇航局深空探索的基础。阿耳忒弥斯项目是人类太空探索的下一步。这是美国“从月球到火星”探索计划的一部分，宇航员将探索月球并获得经验，以实现人类的下一个巨大飞跃，将人类送上火星。 有关NASA的SLS的更多信息，请访问： https://www.nasa.gov/sls 来源： https://www.nasa.gov/exploration/systems/sls/nasa-completes-artemis-sls-structural-testing-campaign.html

毅力号火星漫游车遥感桅杆的头部特写。桅杆头部包含超级分析相机（SuperCam，它的镜头位于顶部较大的圆形开口中）。桅杆头下方的灰色框，有两个桅杆变焦相机系统。在这些成像仪的外侧，还有漫游车的两个导航相机（NavCam）。 图片来源：NASA/喷气推进实验室-加州理工 再过两个多月，美国航天航空局（NASA）的毅力号（Perseverance）火星漫游者就要发射升空了，它将拥有有史以来最先进的“眼睛”，对这颗“红色星球”（Red Planet）的表面进行观察。桅杆变焦相机系统（Mastcam-Z，Z在这里代表“zoom”，即变焦）具有下一代变焦功能，这能让毅力号任务更轻松地进行3D成像。火星车的操作员仔细规划了毅力号的每条行驶路线，以及车上机械臂的每一次移动，他们将能通过3D眼镜查看这些立体图像，观察火星上独特的风景。 桅杆变焦相机系统位于毅力号的“头部”，是桅杆相机（Mastcam）更高级的版本，NASA的好奇号（Curiosity）火星探测车就是用桅杆相机来绘制的精美火星全景图。但是，桅杆相机的作用远不止于此，桅杆变焦相机系统的功能就更多了：除了制作出火星图片，让普通大众能查看火星车的日常发现外，这些相机还提供了关键数据，帮助工程师进一步对火星车进行导航，同时让科学家更好地选择有趣的岩石进行研究。两种成像系统的区别就在于，好奇号的桅杆相机不能变焦。 这张图片显示了桅杆相机系统的3D打印模型，桅杆相机系统是NASA毅力号火星漫游车上的科学相机之一，它将包含一个3：1的变焦镜头。 图片来源：NASA/喷气推进实验室-加州理工 随视野变焦 在最初的设计中，好奇号的桅杆相机是具备变焦功能的，但事实证明，在当时用如此小尺寸的仪器是很难实现的（好奇号于2011年发射升空）。 桅杆变焦相机系统的首席研究员和桅杆相机的副首席研究员、来自亚利桑那州立大学（Arizona State University）的吉姆•贝尔（Jim Bell）说：“最初的计划是给好奇号配备一个变焦相机，让它可以像‘意大利面西部片’（Spaghetti Western）中的视角那样在极大的广角范围内进行拍摄。这个相机本来可以拍下一个令人惊叹的火星全景图，但事实证明当时的条件下我们很难做出这样的相机。” （译者注：Spaghetti Western翻译过来是“意大利面西部片”，又称“意大利西部片”，是美国电影工业最早对意大利出品西部片的称谓，而意大利人则称之为“western all’italiana”。意大利西部片的兴盛时期为1960年代到1970年代中期，讲述的是美国西部的传奇故事，电影中应用了较多的变焦镜头。） 取而代之的是，好奇号的桅杆相机配备了一个远摄镜头（telephoto lens）和一个广角镜头（wide-angle lens），每张图像是单独拍摄的，可以合并生成立体视图。但是广角镜头一次拍摄到的火星表面景观要远多于远摄镜头，最多的时候，一张广角图像需要匹配9张远摄图像。 毅力号的桅杆变焦相机则简化了这一过程，两个镜头会进行变焦，直到两者能匹配用于制作单个3D图像为止。这样一来不仅操作流程更容易，向地球发送的图像和数据也更少。 这张图显示了NASA毅力号漫游车上的23台相机，其中很多都是好奇号上相机的升级版本，还有一些是额外新增的。 图片来源：NASA/喷气推进实验室-加州理工 科学家之眼 除了能为操作员提供立体视图，更好地选择出最安全的行进轨迹，桅杆变焦相机还可以帮助地质学家选择出科学研究的目标，更好地了解观察到的岩石样本所在处的火星地质：它们是否是从相邻的悬崖边掉落下来的？是否来自一条古老的水源？ 桅杆变焦相机将用它“超人的眼力”，以多种颜色（光的波长）来观察火星的景观，包括某些人眼无法看到的颜色。例如，用紫外线或红外线扫描地形时，可能会发现散落在火星表面的金属陨石，或是反映了表面做成成分的颜色变化，而这些观测结果可以利用其他的相关仪器进行更为详细的分析。 桅杆变焦相机不是一种光谱仪，也就是说，它不能使用光线信息进行详细的科学分析，“但它可以为其他仪器提供后续研究的矿物线索。”贝尔说道。 毅力号的相机系统还可以观测太阳和天空、观察火星的卫星的凌日情况，以及测量火星沙尘暴和云层在各个季节的变化情况。 为全人类观察火星 第一次接触火星照片时，贝尔还只有11岁，1976年由维京号（Viking）着陆器发送回地球的火星图像登上了晚间新闻，他就是在那时第一次看到了火星的样子。后来他参与了火星探路者号（Mars Pathfinder）任务，并进一步领导研发了勇气号（Spirit）和机遇号（Opportunity）火星车上的全景相机（panoramic camera，Pancam）系统，而勇气号和机遇号则引发了新一轮的火星研究热潮，吸引了无数后续的科学家和工程师。 毅力号将从它的着陆点耶泽罗陨石坑（Jezero Crater）向地球发回火星远景图像，这张图不论是对于执行该项任务的研究人员还是对于所有的后续跟进人员而言，都同样至关重要。 这也就是为什么桅杆变焦相机的图像，以及由业余群体制作的镶嵌图计划放在公共网站上进行共享。贝尔说：“重要的是，公众要有主人翁意识。桅杆变焦相机的图像属于我们所有人。” 毅力号是一位体重约2 260磅（1 025千克）的机器人科学家：它的天体生物学任务将是寻找火星上古代微生物生活的迹象；它还将表征火星的气候和地质，收集火星样本并在将来返回到地球，为人类探索这颗红色星球铺平道路。无论毅力号将在7月17日至8月5日的哪一天发射升空，它都会在2021年2月18日登陆火星的耶泽罗陨石坑。 火星2020毅力号漫游车任务从属于一项较大的航天计划，该计划还包括对登月飞行任务，为人类探索更遥远的火星做好准备。到2024年，NASA将负责让人类宇航员重返月球表面；到2028年，NASA还将通过阿尔忒弥斯（Artemis）月球探测计划，让人类在月球之上和周围建立持续的存在。 想了解更多毅力号火星车的相关信息，请访问： https://mars.nasa.gov/mars2020/ https://www.nasa.gov/perseverance 参考来源： https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasas-perseverance-rover-will-look-at-mars-through-these-eyes

2024年，美国国家航空航天局(NASA)将把宇航员送上月球表面，这将是大多数人第一次看到人类在另一个行星上行走的历史镜头。未来的机器人和人类探索者将沿着这些足迹建立基础设施，在月球上实现长期的可持续的月球探测。 美国国家航空航天局(NASA)最近在提交给美国国家太空委员会(National Space Council)的一份报告中提出了一项计划，从上世纪60年代有限的、短期的阿波罗时代探索，过渡到21世纪的计划。有了阿尔忒弥斯计划，我们将比以往更多地探索月球，实现下一个巨大飞跃——把宇航员送上火星。 “在近地轨道上连续生活了20年之后，我们现在已经准备好迎接太空探索的下一个重大挑战——在月球及其周围持续存在。”美国国家航空航天局局长吉姆·布里登斯汀说。“在未来的几年里，阿尔忒弥斯将成为我们的北极星，我们将继续为更大的月球探索而努力，在那里我们将展示人类首次火星任务所需的关键元素。” 在月球表面，可持续的月球探测的核心要素将包括强调机动性，以使宇航员能够探索更多的月球并进行更多的科学工作： 月球地形车（LTV）可以将机组人员运送到着陆区周围 “可居住移动平台”将使机组人员能够进行长达45天的登月旅行 月球地表栖地可在较短的停留时间内容纳多达四名宇航员 在月球表面工作的宇航员还可以测试先进的机器人技术，以及在“月球表面创新计划”中确定的一系列新技术，重点是就地资源利用(ISRU)和电力系统等领域的技术发展。月球车将携带各种各样的仪器，包括ISRU实验，它将产生关于可用资源(例如，氧气和水)的可用性和提取的信息。推进这些技术可以使当地材料生产燃料、水和/或氧气，实现可持续的地面作业，同时减少地球的供应需求。 与阿波罗和阿尔忒弥斯的另一个关键区别是，他们将与商业和国际合作伙伴一起使用月球轨道的门户（Gateway）。月球前哨站将作为登月的指挥和控制模块，以及远离地球的宇航员的办公室和家。当宇航员不在时，它将自动运行，这也将是一个围绕月球的新科技演示平台。 随着时间的推移，美国宇航局及其合作伙伴将加强月球门户的居住能力和相关的生命支持系统。增加一个大容量的深空居住舱将允许宇航员在月球周围测试长期深空任务的能力。 阿波罗号的目标是让第一批人类登上月球，但阿尔忒弥斯计划将把月球作为载人探索太阳系深处的试验田，从火星开始。这是美国的月球至火星太空探索方法。一项计划在月球入口和月球表面进行的为期数月的拆组行动，将NASA有关人类前往这颗红色星球的构想。 在这个任务中，美国宇航局设想由四个宇航员组成的小组前往门户，在前哨站上住上几个月，以模拟去往火星的旅程。随后，两名宇航员将前往月球表面，利用可居住移动平台进行探索，而剩下的两名宇航员将留在门户上。这四名宇航员随后在月球前哨站重聚，再停留几个月，模拟返回地球的旅程。这将是历史上持续时间最长的人类深空任务，也将是对我们的深空系统准备情况的首次运行测试。 显示月球表面和轨道上活动演变的信息图 来源：NASA 该报告还强调，从明年开始，机器人将重返月球表面进行科学探索。月球是研究行星过程和演化的天然实验室，也是观察宇宙的平台。美国宇航局将通过其商业月球有效载荷服务计划向月球发送数十种新的科学仪器和技术演示。其中一些机器人的前体，包括调查极地探测车（Volatiles Investigating Polar Exploration Rover，VIPER），将研究月球南极的地形、金属和冰资源。 太空发射系统火箭、猎户座飞船、人类着陆系统和现代宇航服将完善NASA的深空系统。作为阿尔特弥斯任务的一部分，人类第一次返回月球的探险将持续大约7天。NASA计划在那之后每年派遣阿尔特弥斯的宇航员执行一次越来越长的任务。 请阅读报告全文: NASA’s Plan for Sustained Lunar Exploration and Development 参考来源： https://www.nasa.gov/feature/nasa-outlines-lunar-surface-sustainability-concept

NASA已经选定了首批两项科学研究，将在“门户”(Gateway)上进行。门户是一个轨道前哨站，将为阿尔忒弥斯的登月活动提供支持，同时展示执行历史性的人类火星任务所需的技术。门户选择的仪器将观察太空天气并监测太阳辐射环境。 “与我们的商业和国际合作伙伴一起建设门户是可持续月球探索和阿尔忒弥斯计划的关键组成部分。”美国宇航局局长吉姆·布里登斯汀说，“将网关用作绕月球进行机器人和人类探索的平台，将有助于告知我们在月球表面的活动，并为我们的下一个巨大飞跃-人类对火星的探索做好准备。” 由欧洲航天局(ESA)建造的辐射仪器套件将帮助了解如何通过监测门户独特轨道上的辐射暴露来保证宇航员的安全。 由NASA建造的太空气象仪器套件将观测太阳产生的太阳粒子和太阳风。随着我们深入太空，人类和机器人探险者面临着来自太阳的猛烈和不可预测的爆发的更大挑战。太空气象仪器套件将收集数据并增强我们预测太阳活动的能力，这些活动可能会影响我们在月球上和月球周围以及未来火星任务的宇航员。 “我们的太阳和它周围的环境是动态的。这组仪器套件将帮助我们观察太阳发出的粒子和能量，并减轻对宇航员在月球和最终在火星上的风险。”NASA华盛顿科学总部副主任托马斯·祖布琛说。“我们不仅将对我们的太空环境有更多的了解，而且还将学习如何提高在阿尔忒弥斯初代离开地球时的太空天气预报能力。” 未来将选择更多的科学设备搭载在门户上。这些研究将利用月球轨道上独特的环境，这是地球和国际空间站上无法复制的。 作为NASA月球探测计划的一部分，门户将绕月运行，并将由宇航员定期使用。NASA在2019年5月授予Maxar技术公司一份合同，开发动力和推进元件，提供太阳能阵列和机动能力。NASA正在与诺斯罗普·格鲁曼公司继续谈判，以建造“居住和后勤基地”，或称“HALO”，这是第一个用于宇航员访问门户的加压舱。 来源：NASA 目前，日本航空航天局(Japan Aerospace Exploration Agency)和加拿大航空航天局(Canadian Space Agency)都在积极与NASA进行讨论，支持该门户的建设和运营，该门户将再次支持月球表面任务，为人类探索火星铺平道路。 “这是人类太空飞行中令人难以置信的时刻，因为自阿波罗计划重返月球表面以来，NASA比历史上任何时候都任何时候都更接近重返月球表面。”布莱登斯汀说。“美国正在引领人类重返月球，而这一次，我们将带领全人类进行长期探索，并为登陆火星做好准备。” 进一步了解NASA的月球至火星探索方法： https://www.nasa.gov/moontomars