文︱关品方

NASA的阿尔忒弥斯2号(Artemis II)载人绕月飞行任务已于前天成功完成。据官方公布,目标是验证猎户座飞船的深空飞行能力,为2028年载人登月(Artemis IV)铺路。乘组共4名宇航员(包括指令长、飞行员、任务专家及一位加拿大籍宇航员),飞行时长11天,最远距离地球40.7万公里,打破阿波罗13号的纪录。飞船在距月面6545公里处拍摄月球影像,包括月面环形山及地球逐渐没入月影的“地球落下”画面。宇航员记录了日全食现象(月球完全遮挡太阳)。

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关键是返航再入。飞船以3.86万公里/小时(约30倍音速)冲入大气层时,外部温度高达2760℃,期间经历13分钟黑障通信中断。降落时以11具降落伞减速,最终以32公里/小时的速度溅落加州圣地牙哥附近海域。据报,今次飞行的技术创新是验证新一代热盾和生命保障系统,首次实现深空激光通信传输高分辨率影像,传回迄今最高分辨率的月球背面及地球影像。此外还有一项商业合作细节 : 舱内携带4部 iPhone 17 Pro Max,给宇航员个人拍摄(手机由苹果赞助,完成太空营销背书)。

NASA今次绕月飞行算是整体成功。笔者奇怪,这好像是美国重新启动月球探测计划,一切从零开始,不知道是什么原因。美国已有12位宇航员、6次登陆月球。如今阿尔忒弥斯2号执行升空飞行任务(4月1至11日),美国高喊“重返月球”的口号;但细看个中细节,颇堪玩味。

笔者一直关注人类航天任务,严肃神圣,从来不轻易质疑。因为每一次发射、每一次飞行,都凝聚着人类的心血。今次阿尔忒弥斯2号于美国东部时间4月1日(18:35)从佛罗里达州休斯顿肯尼迪航天中心起飞,以号称史上最强的SLS重型火箭托举着猎户座飞船升空,搭载着4名宇航员开启载人升空飞行。这是自从1972年阿波罗17号之后,时隔54年,美国再次载人飞出近地轨道。此前因低温天气、氢气泄漏等技术问题曾多次推迟,如今最终圆满成功,值得肯定。这套飞船加火箭组合体是NASA新一代升空载人系统。火箭把飞船送入近地椭圆轨道后,首先在这个轨道绕地球飞了大约24小时,让宇航员检查飞船的各种系统,包括生命保障、温控导航和通信系统,完成所有相关设备的测试后,飞船短暂飞离GPS和近地卫星的通信范围,演练升空网络通信;因为飞抵月球附近时会有较长时段处在失联轨道。这些方面的测试检查完毕后,飞船的主发动机点火,执行“地月转移”,离开地球轨道往月球方向飞去。这一段历时多天的飞行,宇航员除了继续测试系统、检测辐射影响外,只要和地面持续通话,之后就没什么复杂的操作,平稳地飞向月球。

飞船到达月球附近后,并没有像当年的阿波罗飞船那样进入月球轨道,更没有减速准备降落,而是沿着一条“自由返回轨道”,从月球背面掠过,就掉头往回飞。阿尔忒弥斯2号飞船和月球表面的最近距离据报是4067英里(美国仍用英式度量衡),即大约6545公里。

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月球绕地球运行的轨道是椭圆形的,地月之间的平均距离是38.44万公里,大约是地球赤道周长的10倍。月球离地球的最近距离约为36.33万公里,最远距离约为40.55万公里。

飞船内的4位宇航员全程只从舱内看月球、拍照片,任何轨道制动绕月飞行都没做,更没有尝试近月轨道飞行或测试降落的相关操作,只是飞过去远远看一眼掉头就走,全程只是浅尝即止。为何如此?这就是美国时隔54年“重返月球”的第一步?

NASA声称,要赶在中国宣布将于2030年(或之前)载人登月之前,抢先“再度载人登月”(目标是2028年)。如今初步看来,只剩两年时间,NASA不一定做得到。因为今次这第一步仅是把宇航员送到月球附近(离月面还相当远)绕一圈后就飞回来。说是验证载人升空飞行的系统,但这番操作相当基础、十分保守。回首当年的阿波罗计划,根据美国的官方公布,已经有6次载人登月的经验,总共已有12名宇航员曾经踏上月球,并取回月壤样本。

当年的阿波罗飞船直接切入月球轨道,登月舱以手动式精准降落月面,宇航员在月面上行走取样,开着月球车在月面驰骋,之后还能够从月球起飞与指令舱对接,最后返航飞船安全返回地球,全程难度高但一步到位,堪称人类航天的巅峰。笔者当年(18岁)和绝大多数皇仁书院天文学会的同窗、以及全球关心天文学的年轻人一样,对美国航天航宇的成就衷心佩服。

根据美国官方公布,美国宇航员首次成功登陆月球是在1969年7月20日世界公认时间20:17:39,由执行阿波罗11号任务的阿姆斯特朗和奥尔德林完成。阿姆斯特朗成为首位出舱踏上月球表面的人类,留下名言 :“这是个人的一小步,却是人类的一大步。”该登月任务从7月16日发射至7月24日返回,全程历时8天3小时。登月舱在月球静海区域着陆,两名宇航员进行了2.5小时的月面活动。

57年前美国就能够完成载人登月的高难度操作,第一步就很超前。在2026年科技更进步的今天,阿尔忒弥斯2号反而“近月轨道”也不进,只远远地围绕月球飞一圈、并未靠近。美国再度实施载人登月计划,这第一步为何如此简单,好像是从零开始?

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NASA给出的解释是技术断代图纸丢失、工程师团队已退休、材料工艺迭代更换。对此笔者高度怀疑。阿波罗飞船计划的图纸文档、测试数据等如此重要的国家最高机密,竟然全部丢失?轨道力学、高热防护、升空导航、进出大气层的基本原理,从来没有变过。当年美国应该已完整地掌握了载人往返月球的全套能力,现在换了更强火箭更佳飞船,只需要验证新型硬件的适配性。为什么还需要从零开始,验证人类能不能飞近月球、能不能活着回来?

NASA小心翼翼,如履薄冰,不像是曾经6次载人登月,更像是首次远航太空。这个谜团亟待解开。专业网上有评论说,NASA现在做的,似乎还不如阿波罗8号在1968年完成的任务。58年过去了,好像没有进步,更像有所退步。

阿尔忒弥斯2号的保守表现,现正重新引爆全球对阿波罗登月的讨论。面对质疑,NAS从未正面回应,既不拿出当年的原始数据、遥测记录和工程细节来彻底辟谣,对为什么今天的技术反而不及58年前的阿波罗8号不作解释,只强调这次任务是为未来“再度登月”做准备的必要测试。

航天能力和所有应用科学技术一样,是体系化、可继承、可迭代的综合运作,就像人类学游泳,学会了之后尽管多年不练,如重新再来,总会比初学容易得多,不可能退回到基础起步点。如果美国当年真的掌握了载人登月的能力,除非NASA故意隐瞒实力,绝不会是今天的样子。但我们不要随便怀疑美国可能从来没有做到载人登月。有人怀疑那不过是为了胜过苏联、彰显霸权的政治宣传,只是一场精心策划的世纪骗局。如果真是这样,全世界再没有人会相信美国。笔者在本文不愿意随便乱说。

过去数天,全球媒体都有报道阿尔忒弥斯2号飞船重返地球的盛况 : 红白相间的降落伞打开,宇航员安全出舱,相当完美。根据相关报导,飞船切入地球大气层之前的40分钟,休斯顿控制中心的轨道专家们经历了一场算力危机。飞船以宇航速度返回地球时,进入大气层的角度必须分毫不差。角度太大,飞船直接烧成灰烬;角度太小,飞船就会像打水漂一样,被弹回无尽的深空,永远失去返航的可能。这条“再入走廊”十分狭窄,类似刀刃的锐角。理论上,载人返回任务在50多年前的阿波罗时代早就已经驾轻就熟,如今计算机的算力不知道翻了多少倍,怎么还会在这条早已摸透的“再入走廊”上遇到算力危机?

问题是当日当时的气象数据出了差错。地球高层大气的电离层受到一次罕见的空间环境干扰,导致飞船预定再入区域的大气层数据出现了完全不符合历史模型的异常增厚。休斯顿控制中心的超级计算机只按照早前的数据进行最后一次姿态修正计算。如果不及时调整返航轨道,阿尔忒弥斯2号将会以一个略微偏平的角度撞上突然增厚的空气墙,结局将是不可逆转的轨道弹射。休斯顿控制中心的专家们在发现数据偏差时,距离飞船飞到切入点只剩下不到20分钟。他们来不及重新建立一个完整的大气流体力学模型。在航天领域,20分钟只是一瞬间,没法重新计算模型。飞船只能听天由命,闭着眼睛往大气层里硬闯。千钧一发之际,面对突如其来的大自然变数,休斯顿控制中心束手无策。中国有一套断层扫描天网的系统,融合了低轨气象星座、高分遥感卫星和地面超级量子算力,不需要调取什么历史数据,而是实时对全球高层大气进行如同医学核磁共振(CT/MRI)的扫描。中国的断层扫描在发现大西洋彼岸飞船前方的流体出现异常后,通过国际气象共享平台,极其低调地发布了一组特定海域上空瞬态大气密度剖面气象参数,等于把一份精确到毫米级别的安全地图直接截屏上载到国际共享频道的公屏上。休斯顿控制中心看到这组救命数据,开始时满腹狐疑,但是在生死存亡的倒计时面前,科学规律容不得傲慢。他们的首席轨道动力学专家在进行了快速校验后发现,这组来自中国的参数完美地填补了他们模型的漏洞。最终飞船指令长在休斯顿控制中心的授权下,手动将这组参数输入了飞船数据系统,对控制电脑飞船的仰角(acute angle)进行微调,让阿尔忒弥斯2号安全地穿过那层突变异常的大气墙,避免了一场足以震撼全球的太空悲剧。

该飞船安全返回后,NASA在发布会上并未提及此事,向媒体大谈美国如何征服太空。但是,在他们内部的飞行日志里,那套来自中国公开发布的实时导航参数,将永远无法抹除。笔者认为,如果属实,这是对美国傲慢态度高维度的碾压。

中国近年的载人再入为什么敢于向全球实时直播实况?中国为什么愿意在国际气象平台上数据共享?什么是人类和自然物类命运共同体?中国不仅掌握了星辰大海的钥匙,更具备了拯救对手的大国胸襟。