潮科技 | 人类或将重返月球？洛马公司商业月球着陆器新方案

研发背景

   2016年，洛马公司提出载人火星探索方案——“火星大本营”，计划未来10年内实现将人类从地球运送到火星轨道的目标，为人类在火星表面登陆做准备。“火星大本营”包括火星上升/下降飞行器，这是一个完全可重复使用的单级运载器，作为一个可以在火星轨道上补充燃料的可持续火星探索模块。目前，该公司也正在与NASA合作开发“月球轨道平台—门廊”。“门廊”是一种灵活的、模块化的轨道空间站，是可用于月球表面操作和火星探测任务的后勤节点和太空船坞，可为宇航员提供近地轨道以远的技术验证，为载人火星探测奠定技术基础。

   洛马公司将“门廊”与“火星大本营”的需求相结合，先从月球探测任务入手，设想建造可往返于“门廊”和月面之间的可重复使用着陆器，作为载人火星探测之旅中的先导和任务验证器。该公司此次提出的载人级月球着陆器方案遵循“火星大本营”中火星上升/下降飞行器的设计理念，但规模要小，且由于月球缺乏大气而去掉了气动外壳。该设计将在最大程度上利用现有“猎户座”飞船的系统和技术，以减少开发成本和风险，并充分利用国际合作与商业伙伴关系共同开发。

洛马公司载人级月球着陆器示意图

着陆器方案

   洛马公司载人级月球着陆器干重22吨，携带燃料后62吨，高14米；利用一个“简易电梯平台”将宇航员从着陆器顶部的乘员舱运送到月球表面；乘员舱主要基于“猎户座”飞船的乘员舱结构，使用同样的显示器、航空电子设备和生命维持系统。

单级可重复载人级月球着陆的关键特征是：

• 具备将4名宇航员从“门廊”运送到月球表面的能力；

• 具备每次任务向月面运送1吨有效载荷的能力；

• 具备在月面运行2周的能力；

• 具备在月面上无需维护或燃料补给就可将宇航员送回“门廊”的能力；

• 具备5千米/秒的速度增量。

   着陆器携带4名宇航员的能力与“猎户座”的能力相匹配，允许所有宇航员访问月面，也符合NASA目前计划的火星机组人员规模；1吨有效载荷是为宇航员提供科学设备所需的最小有效载荷，可能还有一个小型的巡视器；着陆器可在月面驻留2周时间，以匹配未来火星上升/下降飞行器的设计，最初宇航员可以在多个地点执行起降任务以实现科学目标，并确定原位资源利用设备等基础设施的位置；具备5千米/秒的速度增量可以满足在 “门廊”和月面之间往返的需求。

   洛马公司尚未决定着陆器采用的推进系统，只是确定将结合使用液氧/液氢推进剂，认为氢氧是唯一能让单级可重复使用着陆器方案可行的推进剂组合。因为推进系统要求发动机必须有很深的调节能力才能高效降落，航空喷气洛克达因公司的RL10和蓝源公司的BE-3都可用于该系统。

载人级着陆器多角度视图

运行方式

   该着陆器的运行方式是：首先在月球轨道上建立一个推进剂储存与转运设施，通过从地球运送水或从月球表面提取水，将其转化为液氧和液氢，以生产燃料；该设施带有低温液体储罐，利用“门廊”动力和推进部件的备份作为维持其轨道的动力并提供姿态控制。着陆器将前往推进剂储存与转运设施补充燃料，然后通过“门廊”接载宇航员和货物，再前往月球表面。着陆器在起飞返回“门廊”之前，可能需要在月球表面停留2周时间。通过依靠“门廊”运行，着陆器几乎可以进入月球表面的任何地方。最初在月球轨道上建设一个燃料补给系统，而不需要在月面进行原位资源利用，这便于宇航员持续开展探测任务。

推进储存与转运设施

载人级月球着陆器与“门廊”对接示意图

小结

  洛马公司载人级月球着陆器的方案研究展示了与“火星大本营”上升/下降飞行器直接相关的先导飞行器方案，也符合NASA鼓励商业公司开发载人级月球着陆器的趋势；同时提出支持着陆器所需的基础设施，如“门廊”、推进剂储存与转运设施等，这些均可为持续探索月球表面和火星奠定基础。从月球探测任务中验证的相关技术可适用于未来的火星探测任务，在具有挑战性的太空环境和动态任务中获得操作经验可以降低载人火星探测任务的风险。