半個(gè)世紀(jì)后人類再入地月空間——
“阿耳忒彌斯二號(hào)”任務(wù)看點(diǎn)多多
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按計(jì)劃,美國國家航空航天局(NASA)“阿耳忒彌斯二號(hào)”任務(wù)的發(fā)射時(shí)間,不早于北京時(shí)間4月2日6時(shí)24分,發(fā)射窗口為2小時(shí)。這將是太空發(fā)射系統(tǒng)(SLS)火箭與“獵戶座”飛船的首次載人飛行,也是自1972年阿波羅17號(hào)任務(wù)以來,人類時(shí)隔半個(gè)多世紀(jì)再次進(jìn)入地月空間執(zhí)行任務(wù)。
與以登陸為目標(biāo)的阿波羅任務(wù)不同,“阿耳忒彌斯二號(hào)”的主要任務(wù),是通過一次為期約10天的深空飛行驗(yàn)證飛船各項(xiàng)關(guān)鍵系統(tǒng)。據(jù)英國《自然》雜志報(bào)道,這次任務(wù)雖然不實(shí)施登月,但將在月球附近開展多項(xiàng)觀測與生命科學(xué)研究,為后續(xù)載人登月任務(wù)提供重要科學(xué)和工程數(shù)據(jù)。
開展“器官芯片”科學(xué)實(shí)驗(yàn)
“阿耳忒彌斯二號(hào)”任務(wù)的一大重點(diǎn)是研究深空對(duì)人類健康的影響。此次宇航員將直接暴露于更強(qiáng)的宇宙輻射之下。飛船艙內(nèi)安裝了輻射傳感器監(jiān)測劑量,宇航員也將在任務(wù)前后提供唾液和血液樣本,以評(píng)估免疫系統(tǒng)等生理變化。
本次任務(wù)中最前沿的人體健康研究是“器官芯片”實(shí)驗(yàn)??茖W(xué)家將從宇航員捐獻(xiàn)的血液中提取未成熟骨髓細(xì)胞,分別植入兩塊大小類似U盤的生物芯片中,一塊隨飛船進(jìn)入深空,另一塊留在地面作為對(duì)照。
這類芯片可以看作人體器官的“化身”。通過微流控技術(shù),科學(xué)家能夠在芯片上模擬大腦、肺、心臟、胰腺和肝臟等器官的結(jié)構(gòu)和功能,從而觀察人體細(xì)胞對(duì)輻射或醫(yī)療干預(yù)的反應(yīng)。這項(xiàng)名為“AVATAR”(虛擬宇航員組織模擬反應(yīng))的實(shí)驗(yàn)有望為未來的載人登月任務(wù)提供信息,并幫助做好人類登陸火星的準(zhǔn)備。
任務(wù)結(jié)束后,科學(xué)家將對(duì)每位宇航員的兩塊芯片進(jìn)行比較,以評(píng)估深空環(huán)境是否導(dǎo)致更多DNA損傷、端粒變化或其他生物學(xué)影響,并將這些數(shù)據(jù)與宇航員健康狀況進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。
NASA表示,骨髓是人體對(duì)輻射最敏感的組織之一,因此成為該實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)研究對(duì)象。器官芯片實(shí)驗(yàn)首席研究員、生物技術(shù)公司Emulate科學(xué)家大衛(wèi)·周說:“這是首次在近地軌道之外開展此類研究。”如果實(shí)驗(yàn)取得成功,這類芯片未來有望用于宇航員個(gè)體化健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。
重申人類觀測的獨(dú)特價(jià)值
盡管無人探測器已獲取大量月球數(shù)據(jù),自動(dòng)化探測技術(shù)亦快速發(fā)展,但人類親身進(jìn)入深空進(jìn)行直接觀察,仍具有獨(dú)特的科學(xué)價(jià)值。
NASA戈達(dá)德太空飛行中心行星地質(zhì)學(xué)家凱爾西·楊表示,與分析軌道探測器拍攝的影像相比,用肉眼觀察月球,有時(shí)能更快獲得重要科學(xué)信息。
她介紹說,NASA月球勘測軌道飛行器(LRO)自2009年以來一直在持續(xù)繪制月球高精度地圖,但人類視覺系統(tǒng)能夠即時(shí)捕捉顏色、亮度及細(xì)微地貌差異,而這些線索往往需要科學(xué)家花費(fèi)數(shù)年時(shí)間分析探測器圖像才能識(shí)別出來。
類似的科學(xué)發(fā)現(xiàn)在人類登月歷史上已有先例。在阿波羅17號(hào)任務(wù)中,地質(zhì)學(xué)家兼宇航員哈里森·施密特在月球表面發(fā)現(xiàn)異常的橙色土壤,后續(xù)研究證明這些物質(zhì)是遠(yuǎn)古火山噴發(fā)形成的火山玻璃珠,這一發(fā)現(xiàn)為研究月球火山活動(dòng)歷史提供了重要證據(jù)。
在“阿耳忒彌斯二號(hào)”任務(wù)中,宇航員還計(jì)劃拍攝地球從月球地平線升起的“地升”畫面。這一經(jīng)典影像最早由阿波羅8號(hào)任務(wù)拍攝,成為人類航天史上的標(biāo)志性照片之一??茖W(xué)家計(jì)劃將此次影像與阿波羅時(shí)期照片進(jìn)行對(duì)比,以研究半個(gè)多世紀(jì)以來地球表面的變化。
為登月進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證
美國喬治·華盛頓大學(xué)太空政策研究所所長斯科特·佩斯在接受澳大利亞《對(duì)話》雜志采訪時(shí)表示,“阿耳忒彌斯二號(hào)”的關(guān)鍵意義之一,是在真實(shí)深空飛行中全面檢驗(yàn)“獵戶座”飛船的生命保障系統(tǒng)。
執(zhí)行此次任務(wù)的“獵戶座”飛船,是NASA為新一代深空載人任務(wù)研制的飛船,可搭載4名宇航員,并配備更先進(jìn)的生命保障和遠(yuǎn)距離通信系統(tǒng),以支持更遠(yuǎn)距離的載人飛行。
按計(jì)劃,飛船發(fā)射后將先在地球軌道運(yùn)行兩圈,以檢查生命保障和通信系統(tǒng)狀態(tài),確認(rèn)安全后再通過地月轉(zhuǎn)移軌道點(diǎn)火進(jìn)入深空。隨后,飛船將用約4天時(shí)間飛向月球,并沿自由返回軌道繞月飛行。這種軌道設(shè)計(jì)利用月球引力完成轉(zhuǎn)向,即使飛船推進(jìn)系統(tǒng)出現(xiàn)異常,也能夠依靠引力自然返回地球,被認(rèn)為是一種相對(duì)安全的深空飛行方案。
不過,在整個(gè)任務(wù)過程中,風(fēng)險(xiǎn)依然存在。例如,遠(yuǎn)離地球磁場后,宇航員可能面臨更高的宇宙輻射風(fēng)險(xiǎn),而發(fā)射和再入階段依然是風(fēng)險(xiǎn)最高的環(huán)節(jié)。
在返回階段,“獵戶座”飛船將以接近每小時(shí)4萬公里的速度再入大氣層,對(duì)隔熱防護(hù)系統(tǒng)形成嚴(yán)峻考驗(yàn)。在此前無人測試任務(wù)中,工程人員曾發(fā)現(xiàn)隔熱層出現(xiàn)多處異常磨損,目前NASA已通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)和優(yōu)化再入?yún)?shù)提升安全可靠性。
這些來自真實(shí)飛行環(huán)境的數(shù)據(jù)將為后續(xù)載人登月任務(wù)提供重要依據(jù)。按照計(jì)劃,此后的“阿耳忒彌斯三號(hào)”任務(wù)才將真正嘗試重返月球表面。因此,本次繞月飛行更像是一次在載人登月之前必須完成的“技術(shù)考試”。
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