在具有历史意义的 Artemis I 任务的第六天,NASA 的 Orion 飞船实现了一个视觉和技术上的里程碑,架起了阿波罗时代的遗产与深空探测未来之间的桥梁。2022 年 11 月 21 日,安装在航天器太阳能电池翼上的一个外部摄像头捕捉到了高清的“地落”(earthset)——即全人类(约 80 亿人口)消失在荒凉、布满陨石坑的月球边缘之后的景象。这一时刻发生时,Orion 距离月球表面仅 130 公里,它为任务的孤寂感和技术雄心提供了深刻的视角,并对旨在将人类送回深空的系统进行了关键验证。
月球地落的力学原理
“地落”不仅仅是一个象征性的事件,它是高精度轨道机动的副产品。为了从出境轨道过渡到绕月的稳定轨道,Orion 执行了“动力飞越”(powered flyby)。这次机动要求航天器经过距离月球表面 130 公里的范围内,利用月球的引力为下一阶段获取必要的初速度。当航天器绕过月球背面时,其路径的几何形状导致从 Orion 的视角看去,地球降落到了地平线以下。
外部摄像头捕捉到的视觉过渡展示了明亮的、阳光照射的月球边缘与地球原本所在位置的深邃黑暗虚空之间的鲜明对比。对于 NASA Johnson Space Center 的任务控制员来说,这次掩蔽意味着直接通信的短暂丢失——这段沉默期考验了航天器的自主系统。成功捕捉到这些高清图像,预示着在 Artemis II 任务期间,人类肉眼最终将亲眼见证这些令人叹为观止的景象。
理解远距离逆行轨道
在近距离飞越之后,获得的动力将 Orion 推入任务策划者所称的远距离逆行轨道(Distant Retrograde Orbit,简称 DRO)。这一特定轨道路径具有两个主要特征:与月球的距离及其运行方向。该轨道被认为是“远距离”的,因为 Orion 在月球之外又飞行了 92,000 公里,远远超过了 20 世纪 60 年代和 70 年代阿波罗任务所使用的轨道。这段遥远的距离使 NASA 能够测试航天器在地球-月球系统引力影响边缘的通信和导航系统。
“逆行”一词是指 Orion 绕月运行的方向——与月球绕地球运行的方向相反。Artemis I 选择这一轨道是因为它具有高度的稳定性。在 DRO 中,航天器受到地球和月球相互竞争的引力的平衡,长期维持其位置所需的燃料消耗极低。这种稳定性使其成为在严酷的深空环境中测试载人等级硬件长期性能的理想环境。
打破阿波罗 13 号创造的纪录
随着 Orion 继续其在 DRO 中的旅程,它于 2022 年 11 月 28 日达到了距离地球的最远距离。该航天器位于距离我们母星超过 400,000 公里的地方,正式打破了专为载人航天设计的航天器所飞行的最远距离纪录。此前这一纪录由 1970 年的阿波罗 13 号(Apollo 13)任务保持,当时由于硬件故障迫使机组人员绕月飞行以返回地球,航天器达到了 400,171 公里的距离。
虽然 Artemis I 是一次无人飞行,但打破这一纪录的意义不容小觑。Orion 是一个全加压、载人等级的飞行器,配备了防辐射屏蔽和生命维持传感器包。通过将 Orion 推向这些极端距离,NASA 能够对航天器抵御深空辐射和温度波动的韧性进行严格的“压力测试”,确保未来的机组人员在持续数周甚至数月的任务中能够生存并蓬勃发展。
从 Artemis I 到 Artemis II:人类视角
Artemis I 飞行的成功及其惊人的地落图像为该计划的下一阶段:Artemis II 奠定了基础。虽然第一次任务利用了装满传感器的假人“Commander Moonikin Campos”来收集关于加速度(G-forces)和辐射的数据,但 Artemis II 将搭载四名宇航员绕月飞行。这次任务将标志着自 1972 年以来人类首次离开近地轨道,而 2022 年捕捉到的地落景象将是他们体验的核心亮点。
Artemis II 的四人机组将遵循与 Orion 首次亮相时测试的路径类似的轨迹。当他们经过月球背面时,将体验到同样的近距离月球飞越和同样的通信沉默时刻。11 月 21 日飞越期间收集的数据已允许工程师改进飞行软件和热防护方案,确保人类机组在返回地球所需的高速机动过程中保持安全。
未来方向与任务时间表
NASA 目前正计划最早于 2 月 6 日发射 Artemis II。在 Artemis III 尝试让航天员在月球南极(South Pole)登陆之前,这次任务将作为最后的试验场。Artemis 计划的目标超出了简单的探索;它旨在月球表面及周边建立可持续的存在,包括建设 Lunar Gateway 空间站。这种长期存在被视为最终人类探索火星的必要跳板。
随着 Artemis II 发射日期的临近,地球消失在月球边缘的图像仍然提醒着人们这项任务的规模。即将到来的载人飞行不仅将复制这些技术机动,还将提供自动摄像头无法提供的、主观的人类视角。当下一个地落发生时,宇航员将通过 Orion 的窗户观看,他们带回的将不仅仅是数据——他们将带回一种对我们在宇宙中所处位置的全新感知。
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