在月球背面安家

　　美國宇航局正考慮在月球背面建立一個有人照管的停泊點，以此作為探索深空的前哨，而這個地點將選在地球和月球的第二拉格朗日點L2上。
　　拉格朗日點在哪里？
　　拉格朗日點的定義是圓型限制性三體問題中存在的5個秤動點的總稱。通俗的解釋是這樣的：一個小物體在兩個大天體（M1、M2）的引力作用下，只有在處于L1~L5這5個點時，才能相對于兩個天體基本保持靜止穩定。這是因為太空中兩大天體在此處的萬有引力相等，使小物體處于引力平衡狀態；或者是太空中兩大天體的萬有引力的合拉力在此處與離心力平衡，故而航天器能在那里停泊。這些點的存在是由法國數學家約瑟夫·路易斯·拉格朗日于1772年推導證明的，故被簡稱為L1、L2、L3、L4、L5點。
　　對地球和月球兩個天體來說，L1點處在地球和月球的連線上，并位于它們之間。L2點也在地-月連線上，且位于月球外側。L3點亦在地-月連線上，但位于地球的外側。L4點在以地-月連線為底線的等邊三角形的第三個頂點上，且在月球圍繞地球運行軌道的前方。L5點也在以地-月連線為底線的等邊三角形的第三個頂點上，但在月球圍繞地球運行軌道的后方。
　　處在地-月連線上的L1點和L2點，分別位于月球的兩旁，距離月球同為6.5萬千米。由于月球距離地球的平均值為38.44萬千米，故而向L1點發射航天器要比向月球發射航天器近16.9％的距離，向L2點發射航天器要比向月球發射航天器遠16.9％的距離。需要說明的是，這個L2點不同于嫦娥二號探月衛星飛馳到達的L2點。后者是太陽和地球兩大天體的第二拉格朗日點，距離地球150萬千米。美國宇航局擬在地球和月球的第二拉格朗日點L2上做文章，意在利用該點的位置優勢開展載人航天活動，進而更有效地進行深空探測和科學研究工作。
　　目標：第二拉格朗日點
　　拉格朗日L2點靠近月球背面，是目前探索能力范圍內的首選。 L2停泊點能夠使在月球背面開展重要的遙控機器人研究成為可能，還能在月球背面的平靜區域開展對太陽和其他天體的科學觀測，成為射電天文學和其他科學研究的平臺。如果成功地建立—個有人照管的拉格朗日L2停泊點，那就打破了航天員登月記錄，將是迄今人類太空之旅的最遠點。
　　美國科羅拉多大學天體物理研究中心得到了美國宇航局月球科學研究所的資助，研發從拉格朗日L2點對月球開展遙控機器人探索。由于L2點到月球的距離還不到靜止軌道衛星到地球距離3.6萬千米的兩倍，故而停泊在L2點上的航天員可以對月面上活動的機器人進行遙控，讓其代替人執行科學探測和考察研究任務。與進入拉格朗日L1點相比，進入拉格朗日L2點更為容易，同時在月球背面更兼有探測月球奧秘和觀測宇宙深空等優勢。例如，航天員可以遙控月面的自動裝置從地質學家感興趣的月球背面或從月球南極的艾特肯盆地獲取樣本。直徑達幾百千米的艾特肯盆地是太陽系中具有40億年歷史的最大、最深和最古老的火山口之一，很可能埋藏著太陽系形成初期的秘密。另外，還可在月球背面部署一個低頻無線電天線陣來觀測宇宙早期的第一批恒星，以開拓天文學的視野。
　　在拉格朗日L2點上建成的控制中心，還可以組裝和檢修人造衛星和大型望遠鏡，為打造燃料補給站以及組裝和升級未來的大型光學系統提供支持。由于環繞地球的高能粒子輻射帶——范艾倫輻射帶離地面最遠處也不過4萬千米，而停泊在 L2點上的航天員早己超出了這一防護范圍，故而可以幫助科學家測量航天員受宇宙射線和太陽耀斑輻射的劑量，研究人體防護措施的有效性及其改進辦法。
　　從發展的觀點看，拉格朗日L2點不僅能夠作為探索近月空間和月球的重要平臺，還可以作為對能力范圍內的多個目的地進行探索的出入口，比如小行星、火星衛星，最終可能還有火星本身。換言之，有人照管的L2停泊點，可以成為未來航天器飛往小行星、火星衛星和火星的中途站。
　　運行在暈軌道上的載人飛船
　　拉格朗日L2點始終處于月球背面上空6.5萬千米高的位置，并和月球一起以相等的角速度圍繞地球運動，從地球上是無法看見的，也不能用無線電與停泊在該點的航天器進行聯絡。為了解決這個問題，航天專家就選擇了暈軌道的辦法予以應對。
　　暈軌道就是位于垂直地-月連線平面內的以L2為圓心的圓形軌道，乃是借助月暈現象而得名的。月暈是月亮周圍出現光環的一種氣象現象。從地球上看，在暈軌道上運行的航天器當圓半徑大于3500千米時，即可達到可視效果，圍繞L2運行的航天器周期約為半個月，這樣就解決了與地面通信難題。運行在暈軌道上的航天器不僅要有接收地面遙控指令和發回探測數據資料的能力，而且要具備控制軌道的能力。只有載人航天器進入這種暈軌道運行，才能逐步實現上述目標。
　　以人類目前所達到的航天技術水平來說，向L2暈軌道發射無人航天器并不難，難的是用什么樣的載人航天器到達這一軌道并正常運轉。科學家小組已開始與獵戶座多用途載人飛船的制造商洛克希德-馬丁公司合作。
　　獵戶座原是美國為實現最早于2018年之前重返月球而研制的載人飛船，后來美國改變計劃，準備用其于2025年載人登陸近地小行星，于30年代中期載人飛往火星。現在美國宇航局又考慮適當時候讓其飛奔L2點的暈軌道。目前，洛克希德-馬丁公司正在研究如何在月球以外的太空區域進行導航，以及如何利用獵戶座的通訊系統控制月球遠側的漫游者。此類飛行任務可以檢測獵戶座飛船的生命支持系統和從深空返回地球所需的高速返回大氣層的能力，并將有助于證實獵戶座飛船能夠像設計的那樣，提供足夠的防輻射保護。由于為登陸近地小行星而研制的獵戶座載人飛船已具備了上述功能，讓其先飛往L2點，可以檢驗其工作可靠性。
　　在載人飛往小行星或火星時，獵戶座將與登陸艙、地球出發站組成聯合體一塊飛行。當其飛往月球背面L2點的暈軌道時，就用不著登陸艙了。開始階段，獵戶座與地球出發站分別被新研制的戰神1和戰神5運載火箭發射升空，進入近地軌道后再對接起來，形成一個大型載人航天器，一次可以運載6名航天員。然后飛向L2點并進入暈軌道繞其飛行，航天員即可遙控月面機器人執行探測任務并按計劃開展深空觀測和科學試驗等活動。待其完成任務踏上返回地球的歸程時，會在進入環地軌道后丟掉地球出發站，再入大氣層安全返回地面。如果在L2點暈軌道上需要有人長期駐留，可用新的獵戶座載人飛船代替原來的飛船，或者用新舊飛船對接的方式輪換一批航天員。而且，在L2點暈軌道上執行任務，載人飛船重返地球時的難度相對較小，成本也更低。
　　為了使停泊在L2點暈軌道上的獵戶座載人飛船能承擔更多任務，如成為飛向更遠深空航天器的中途站，還必須對其進行擴建，也就是再對接必要的艙段，以便容納更多數量的航天員和儲備相應的物資設備，并攜有不可缺少的對接裝置。有的科學家主張，航天飛機以及其他飛行器的剩余部件可以用在前往該區域的航天器身上，以完善其功能。或者向L2點暈軌道上發送多個艙段組裝建成一個空間站，用獵戶座作為運送和更替航天員的載人渡船及貨運飛船，以實現上述目標。如果是用做載人航天器的中途站，使用獵戶座運送航天員前往近地小行星或者火星，這兩種設計都是可供選擇的最佳方案。
　　 【責任編輯】龐 云