做完《生态建筑》,李水旺开始做新一期视频——《人类登月》:
55 年前,尼尔?阿姆斯特朗和巴兹?奥尔德林成为首批踏上月球的人类。。如今,尼尔?阿姆斯特朗和迈克尔?柯林斯已离世,而 95 岁高龄的奥尔德林将军仍是在世的传奇人物。阿波罗 11 号三位宇航员的功绩将被世人永远铭记,但奥尔德林在太空领域的贡献,绝非始于也绝非止于那次登月任务。他是美国国家航天协会的理事,对协会许多长期会员而言,他就象家人一样 —— 既是志同道合的倡导者,也是致力于铺平通往太空之路的科学家。为实现这一目标,他研发了众多项目,并牵头开展了多项努力。今天,我们将聚焦其中一个项目 —— 火星循环飞行器,如今它更常被称为 “奥尔德林循环飞行器”。这是一种能够低成本、安全地往返地球与火星,运送大量货物的航天器。
我认为,巴兹作为科学家和工程师所付出的努力,很容易被那次具有历史意义的登月任务所掩盖。1951 年,他从美国西点军校毕业,获得机械工程学位;之后在朝鲜战争期间执行了 66 次战斗任务;1963 年,他从麻省理工学院获得博士学位,其博士论文题目为《载人航天器交会的空间视线制导技术》。随后,美国空军将他指派到 “双子座计划”。1966 年,他与吉姆?洛弗尔一同执行了双子座 12 号任务,后来两人均参与了阿波罗计划,其中洛弗尔担任了 “命运多舛” 的阿波罗 13 号任务的指令长。值得一提的是,在双子座计划的最后一次任务中,当飞船的计算机出现故障时,正是奥尔德林用六分仪和铅笔导航,成功与 “阿金纳”目标飞行器实现交会;同时,他还完成了人类首次完全成功的太空行走,顺利完成了一系列被认为对阿波罗计划推进至关重要的任务。即便他此后未在太空探索与发展领域再有任何贡献,他在太空史上的地位也已稳固不朽。但正如前文所述,在那之后,他依然活跃在航天领域,包括长期担任美国国家航天协会理事 —— 而我有幸担任该协会的会长 —— 同时他还参与了火星协会指导委员会的工作。
说到火星,1985 年,奥尔德林提出了一种航天器轨道概念,即 “奥尔德林循环飞行器”。他与他人合作完善这一概念,发表了相关论文,并提出了一些相关的替代方案。但究竟什么是循环飞行器呢?简单来说,循环飞行器有时也被称为 “循环城堡”,这一名称源于其隐含的角色与用途 —— 它本质上就是在地球周边太空与火星轨道之间往返运送物资的 “摆渡船”。一旦建造出一艘或一对循环飞行器,并将它们送入特定的轨道模式,它们就能反复绕经地球和火星,自身无需再消耗更多燃料,最多只需少量燃料进行微小的轨道修正(不过,我们今天也会探讨有动力驱动的循环飞行器版本)。这意味着,循环飞行器可以携带大量的防护层,以及船员在行星间航行所需的各类设备 —— 但这些设备无需被运送到行星表面。如此一来,我们只需发射一艘轻型航天飞机,搭载执行任务的船员即可,无需携带笨重的辐射防护层,也无需携带大量水、空气,或是用于循环利用、净化这些资源的设备。
“循环城堡” 配备了充足的物资,能够应对太空辐射、微陨石撞击以及太空真空环境的长期 “考验”。我们预计,早期的循环飞行器可能功能相对简陋,但后期的循环飞行器或许会配备可旋转的舱段,以通过自旋产生人工重力;还可能利用水资源养殖鱼类和藻类作为食物来源,甚至建造游泳池,并持续种植新鲜的农作物 —— 这不仅有助于循环利用二氧化碳,还能为船员提供一片充满生机的绿色空间。当抵达火星时,搭载船员的小型航天飞机会脱离循环飞行器,飞往火星表面或火星轨道上的空间站,随后开展既定任务。理想情况下,在执行一两次任务后,火星表面将建成核反应堆,具备空气、水和燃料的生产能力,以便在数月后为返回轨道的航天飞机补充燃料。当然,如果只使用一艘循环飞行器,那么两次任务之间可能需要等待相当长的时间(数月之久)。
此外,循环飞行器本身也完全可以配备核反应堆作为动力源,这样的飞行器能够搭载 100 多人的船员团队,甚至可能搭载更多人 —— 具体载客量取决于飞行器的规模。它们也可能高度自动化,在首次测试飞行时便可携带货物进行投放。循环飞行器依靠的是最小能量转移轨道,本质上是围绕太阳形成一个狭长的偏心轨道,在两个天体(此处指地球和火星)之间运行。以火星循环飞行器为例,它从地球飞往火星需要 5 个月,从火星继续向外飞行、越过火星轨道需要 16 个月,再从火星轨道返回地球轨道又需要 5 个月,之后每 26 个月重复一次这一周期。
我可以用一个类比来解释:这就象一列不停车的大型空火车,行驶在一条固定的风景线路上。要将人员、设备和物资运送到循环飞行器上,或是从循环飞行器上运下来,仍需象往常一样消耗燃料,但一旦登上循环飞行器,这段旅程就有了宽敞舒适的生活空间。而且,那些用于 5 个月航行的重型设备和可循环利用物资,只需运送一次即可。人们通常建议使用两艘运行在不同周期的奥尔德林循环飞行器,以缩短往返行程的时间 —— 一艘用于前往火星,另一艘用于返回地球。即便在遥远的未来,我们拥有了速度更快的航天器推进系统,能够以巨大的能量消耗实现一周内往返火星(这对旅客来说无疑是绝佳选择),通过循环飞行器运送货物或不急于赶路的旅客,依然能带来巨大的便利。
与太空发射窗口的常规情况一样,时间安排仍是一个难题,但通过提前发射进入太空,我们可以避开天气问题的影响。当然,若错过了与循环飞行器的交会窗口,问题就会出现 —— 之后或许需要消耗更多燃料才能追赶上去。不过,交会窗口的时间跨度并不算特别紧凑;但如果火星轨道上没有可