涵盖了来自国际合作伙伴元素的“门户”完整视图。对于可持续的月球探索来说,NASA与商业和国际合作伙伴共同建造的“门户”至关重要,它还将作为未来火星任务的样板。
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图片来源:NASA
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在美国德克萨斯州休斯顿的美国航空航天局(NASA)约翰逊航天中心(Johnson Space Center),月球轨道平台“门户”(Lunar Orbital Platform-Gateway,LOP-G,又称“深空之门”)计划正在建造一个小型的、人工管理的绕月运行空间站,该空间站将为NASA的阿尔忒弥斯(Artemis)计划提供多种功能上的支持。“门户”与国际和商业合作伙伴建立了合作关系,支持在深空进行持续的探索和研究,包括为各种来访的航天器提供对接端口、为宇航员提供生活和工作的空间,以及用于研究太阳物理学、人类健康和生命科学等领域的科学平台。“门户”将成为未来几年开发支持月球和火星探索技术和能力的关键平台。
“门户”将是人类在月球轨道上的第一个空间站,用于支持NASA的深空探索计划,以及将宇航员送上月球的太空发射系统(Space Launch System,SLS)火箭、猎户座(Orion)飞船和载人着陆系统(Human Landing System,HLS)。
视频来源:NASA约翰逊航天中心
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NASA将“门户”的开发重点放在了它的前两个元素,也就是动力与推进元件(Power and Propulsion Element,PPE)以及居住与后勤前哨(Habitation and Logistics Outpost,HALO)上,它们将在商业采购的运载火箭上一起发射。
动力与推进元件
动力与推进元件是一种功率高达60千瓦的太阳能电力推进航天器,将为“门户”提供动力、高速通信、姿态控制和轨道转移能力。
2019年5月,NASA选择了位于美国科罗拉多州威斯敏斯特的Maxar Technologies公司来开发和建造动力与推进元件。
动力与推进元件由位于美国俄亥俄州克利夫兰的NASA格伦研究中心(Glenn Research Center)管理。
居住与后勤前哨
居住与后勤前哨是宇航员在访问“门户”时将居住和进行研究的地方。加压生活区将为月球前哨提供指挥和控制系统,并为来访的航天器提供对接端口,例如NASA的猎户座飞船、月球着陆器和后勤补给飞船。居住与后勤前哨模块将作为“门户”整体的指挥、控制及电力分配的主心骨,它还将执行其他的核心功能,包括通过内部和外部有效载荷空间进行科学调查,以及与月球表面探险队进行通信。
居住与后勤前哨还将利用“门户”的国际合作伙伴的贡献,聚合额外的可居住单元以扩展“门户”的功能。在动力与推进元件太阳能电池阵列能被部署之前以及日食期间,日本宇宙航空研究开发机构(Japan Aerospace Exploration Agency,JAXA)提供的电池将为居住与后勤前哨供电。加拿大航天局(Canadian Space Agency)提供的机器人接口将承载有效载荷,并为加拿大机械臂-3(Canadaarm3)的操作提供基点。欧洲航天局(ESA)将提供一个月球通信系统,以实现月球表面和“门户”之间的高数据速率通信。
居住与后勤前哨由位于美国休斯顿的NASA约翰逊航天中心管理。诺斯罗普·格鲁曼公司(Northrop Grumman)在2020年获得了居住与后勤前哨的初步设计合同,而居住与后勤前哨的剩余内容则由NASA和诺斯罗普·格鲁曼公司于2021年7月签署合同最终确定。
“门户”科学
“门户”能让我们获得在地球表面或地球轨道上无法拍到的地球、太阳、月球和太空扩展视图,为地球科学、太阳物理学、月球和行星科学、生命科学、天体物理学和基础物理学研究提供独特的选择。
“门户”的前三个科学仪器已经选定。其中两个,也就是太阳物理学环境与辐射测量实验套件(Heliophysics Environmental and Radiation Measurement Experiment Suite,HERMES)和欧洲辐射传感器阵列(European Radiation Sensors Array,ERSA),将飞出“门户”,以监测太阳的辐射环境和太空天气。由NASA戈达德航天中心(Goddard Space Flight Center)领导的HERMES将监测对太阳科学研究至关重要的低能太阳粒子,包括太阳风。由ESA领导的ERSA将监测更高能量的辐射,侧重点则是太空天气。
内部剂量计阵列(Internal Dosimeter Array,IDA)将在居住与后勤前哨内飞行,以研究辐射屏蔽效应,并对癌症、心血管和中枢神经系统效应的辐射物理模型进行改进,帮助评估宇航员在探索任务中的风险。IDA由ESA建造,上面的其他科学仪器则来自JAXA。
初次启动
2021年2月,NASA选择SpaceX为动力与推进元件和居住与后勤前哨一体化航天器提供发射服务。在地球上整合后,动力与推进元件和居住与后勤前哨计划最早于2024年11月在肯尼迪航天中心(Kennedy Space Center)39A发射场,搭载猎鹰重型火箭(Falcon Heavy)一起发射。
“门户”的未来
当宇航员准备登月任务时,他们将需要加压和非加压货物、科学实验和样品收集材料等关键用品的运送。2020年3月,NASA宣布SpaceX成为美国第一家根据“门户”后勤服务(Gateway Logistics Services)合同向“门户”运送货物和其他物资的商业供应商。每个前往“门户”的阿尔忒弥斯载人任务预计都将提供一次后勤服务。
“门户”深空后勤办公室(Gateway Deep Space Logistics Office)位于美国佛罗里达州的NASA肯尼迪航天中心。
“门户”国际合作伙伴将为“门户”空间站做出重要贡献,包括先进的外部机器人、额外的居住空间和燃料添加能力。
欧洲航天局
2020年10月,ESA与NASA签署了一项协议,以提供居住舱和加燃料舱,增强与“门户”的月球通信以及另外两个猎户座服务舱。
ESA提供的国际居住舱(International Habitation module,I-HAB)将增强“门户”在科学研究、生命支持系统和宇航员生活区的功能,这些功能可实现更长持续时间的载人“门户”任务。
欧洲燃料舱还将包括宇航员的观察窗。
增强型月球通信模块将在发射前与居住与后勤前哨模块集成在一起,并在“门户”和月球表面元件之间提供高速通信中继。
加拿大航天局
2020年12月,加拿大与NASA签署协议,参与“门户”的建设并提供先进的外部机器人技术。
CSA提供的外部机器人系统包括用于“门户”的下一代机械臂,加拿大机械臂-3。加拿大机械臂-3将以端到端移动的形式前去“门户”外部的许多位置,其锚定的“手”将插入专门设计的接口。
CSA还将为“门户”模块提供机器人接口,这些借口将允许有效载荷的安装,包括安装在“门户”首批元件上的前两个科学仪器。
日本宇宙航空研究开发机构
2020年12月,日本与NASA敲定了一项协议,为“门户”的国际居住舱提供多项功能,这将成为“门户”生命支持能力的核心,以及在阿尔忒弥斯任务期间宇航员生活、工作和进行研究的额外空间。
JAXA的计划贡献包括国际居住舱的环境控制和生命支持系统、电池、热控制和图像组件,这些组件将在发射前由ESA集成到居住舱中。这些能力对于载人和非载人期间持续的“门户”操作至关重要。
参考来源:
[1] https://www.nasa.gov/gateway/overview
[2] https://www.youtube.com/watch?v=Pme6SrG_-ZA
关键词: 门户月球轨道空间站是怎样建成的 nasa