阿聯(lián)酋的深空探測雄心

文/張晨

按計劃，日本私營月球探測公司（iSPACE）的Hakuto-R（白兔-R，R意為重啟的項目）探測器將搭乘太空探索技術公司的獵鷹9號運載火箭發(fā)射升空，目標為轉移飛行時間5個月的月球低能捕獲轉移軌道。該探測器在阿里安宇航公司建造，干重為300千克，加滿燃料的質量超過1噸，并且足以將30千克的載荷送至月球表面。如果成功，日本將成為第四個軟著陸月球的國家，而它攜帶的小巡視器，也就是拉希德1號巡視器，將使得一個已經(jīng)擁有火星探測器的中東國家——阿聯(lián)酋，獲得第一個到達月球表面的中東國家的稱號。

而就在近日，阿聯(lián)酋和中國航天簽訂了合作計劃，計劃將在2026年使用嫦娥七號探測器將自己的第二個巡視器部署至月球南極，進行月球南極探測。“嫦娥七號”的任務的難度和進步性空前巨大，選擇跟隨這個復雜的探測器前往月球，表明阿聯(lián)酋對中國航天技術的信任和對月球南極任務的期待。

阿聯(lián)酋不僅擁有地球軌道任務的決心，其深空探測愿望則更加令人注目，目前已經(jīng)達成的成就甚至超過了一些傳統(tǒng)航天大國。目前，阿聯(lián)酋希望號火星探測器正在一條環(huán)繞火星的大橢圓軌道上運行。

▲ 希望號火星探測器任務徽章

“希望號”：首個非傳統(tǒng)航天大國的探測器

在2020年的火星窗口，除了長征五號遙4火箭發(fā)射的天問一號探測器，美國宇宙神5火箭發(fā)射了火星2020探測器及機智號火星直升機之外，日本H-2型運載火箭發(fā)射了一個1噸多的火星探測器。這就是阿聯(lián)酋的希望號火星探測器。這是阿聯(lián)酋走向深空的第一步，是其深空探索決心的初步展示。

希望號火星探測任務并不是哪個酋長一時興起投資的，該項目在2013年12月底的阿聯(lián)酋內(nèi)閣會議上被首次提出。當時阿聯(lián)酋正面對著科研人員不足的窘境，而利用火星任務可以創(chuàng)造科學工作機會并激發(fā)年青人從事航天工作。當時該國為數(shù)不多的衛(wèi)星工程師之一沙拉夫接到了直接來自阿聯(lián)酋副總統(tǒng)兼總理穆罕默德·本·拉希德·阿勒馬克圖姆的電話，詢問該國是否可以在2021年之前進入火星軌道。這也是阿聯(lián)酋第一次謀劃自己的深空任務。

2014年，阿聯(lián)酋宣布將在2021年12月建國50周年之前向火星發(fā)射探測器。與此同時，阿聯(lián)酋航天局成立。

“你們是一群孩子。你打算怎么去火星？”平均年齡27歲的項目團隊經(jīng)常聽見這種笑話。的確，當時阿聯(lián)酋剛剛發(fā)射了第一顆參與研制的衛(wèi)星，沒有航天機構，也沒有行星科學專業(yè)，有點像剛剛學會說話就要去和諸葛亮辯論一樣。

那時，阿聯(lián)酋人自己也清楚自己航天技術的現(xiàn)狀，不能說完全沒有，只能說聊勝于無。于是他們選擇和當時世界上唯一擁有充分火星任務經(jīng)驗的美國合作，聘請主要在科羅拉多大學博爾德分校的經(jīng)驗豐富的美國宇航局工程師，與他們一起工作。美國人提供如何將探測器發(fā)送到另一個星球的培訓。

2015年5月，阿聯(lián)酋火星探測器從數(shù)千條征名中被命名為“Al-Amal”，即“希望號”。選擇“希望”這個名字是因為“它向數(shù)百萬年輕的阿拉伯人傳達了樂觀的信息，即‘沒有什么是不可能的，我們可以在科技進步上與最偉大的國家競爭’和‘不要限制你的野心，你可以甚至到達太空’”。

沙拉夫被他的上級告知“建造它，而不是購買它”，以便在阿聯(lián)酋本土擴展技術。因此，在沙拉夫的領導下，美國和阿聯(lián)酋的工程師們在希望號火星探測器開發(fā)的每個部分都進行了合作，從設計到制造，工作主要在科羅拉多大學博爾德分校的大氣與空間物理聯(lián)合實驗室(LASP)和穆罕默德·本·拉希德航天中心（MBRSC）進行。亞利桑那大學(ASU)和加州大學伯克利分校支持了探測器的建造。

▲ 藝術家創(chuàng)作的“希望號”任務海報（探測器有誤，畫成了美國的MRO）

希望號火星探測器的發(fā)射質量為1350千克，干重550千克，配置有6個120牛軌控推力器和8個5牛姿態(tài)控制推力器，該任務旨在增強阿聯(lián)酋工程師的能力并增加人類對火星大氣的了解。探測器攜帶了3項科學載荷：

▲ 阿聯(lián)酋工程師和EMM的合影

▲“希望號”在做測試

▲ EXI

▲ EMIRS

阿聯(lián)酋探索成像儀(EXI)是一款多波段相機，能夠拍攝空間分辨率優(yōu)于8千米的高分辨率圖像。EXI測量火星大氣中水、冰、塵埃、氣溶膠和臭氧含量的特性。該儀器由博爾德分校的大氣與空間物理聯(lián)合實驗室和拉希德航天中心合作研制。

▲希望號火星探測器做真空熱試驗

阿聯(lián)酋火星紅外光譜儀(EMIRS)是由亞利桑那大學、北亞利桑那大學和拉希德航天中心合作開發(fā)的干涉熱紅外光譜儀。它測量來自地表和大氣的輻射，確定地表溫度、大氣溫度剖面以及大氣中的冰、水蒸汽和塵埃豐度。EMIRS可提供火星低層和中層大氣的視圖。

阿聯(lián)酋火星紫外光譜儀(EMUS)是一種遠紫外成像光譜儀，可測量100納米～170納米光譜范圍內(nèi)的發(fā)射，以測量熱層的全球特征和變異性，以及氫和氧的冕狀分布。該儀器的設計和開發(fā)由博爾德分校的大氣與空間物理聯(lián)合實驗室領導。

▲EXI在2022年07月03日拍攝的火星

希望號火星探測器于北京時間2020年7月20日由日本H-2火箭發(fā)射升空，進入前往火星的轉移軌道。2021年2月9日探測器執(zhí)行剎車任務，成功進入環(huán)火軌道。隨后經(jīng)過數(shù)次機動進入20000千米×43000千米、周期55小時的火星科學探測軌道，開始科學探測。該探測器計劃工作1個火星年，至今已經(jīng)創(chuàng)造了超過236.8GB的科學數(shù)據(jù)，以研究火星大氣的變化。阿聯(lián)酋內(nèi)閣事務部長稱，該任務的成本為2億美元。

“希望號”大獲成功。阿聯(lián)酋人成功利用技術合作達成了這項看似不可能的深空任務——雖然無論怎么說“希望號”都只是一個美國制造和美國控制的探測器，但自此一役，阿聯(lián)酋徹底成為了深空任務中的新起之秀，其借助合作和搭載的模式也將繼續(xù)延續(xù)到未來的月球任務之中，也就是拉希德號系列月球巡視器。

▲拉希德號月球巡視器的logo

“拉希德號”的月球之旅

阿聯(lián)酋在“希望號”發(fā)射后兩個月公布了自己的月球計劃：該國副總統(tǒng)謝赫·穆罕默德·本·拉希德·阿勒馬克圖姆在2020年9月19日宣布，阿拉伯聯(lián)合酋長國將于2024年發(fā)射一項新的阿聯(lián)酋太空任務，以探索月球。謝赫·穆罕默德說，以他的父親謝赫·拉希德·本賽義德阿勒·馬克圖姆命名的“拉希德”（Rashid）漫游車將由阿聯(lián)酋工程師團隊在阿聯(lián)酋建造。它將在2024年之前在登陸月球表面尚未被探索過的地區(qū)。

2021年4月，確定“拉希德”號月球巡視器將在2022年搭乘日本的日本民營月球探測公司（iSPACE）的白兔-R探測器前往月球表面。這個小巡視器重約10千克，尺寸約為53厘米×54厘米×8.5厘米，它配備兩個高分辨率相機，以及一個用于捕捉小細節(jié)的顯微相機和一個熱成像相機，還將攜帶朗繆爾探測器。

該巡視器完全由阿聯(lián)酋團隊研制。該項目是阿聯(lián)酋太空探索戰(zhàn)略的關鍵部分，其核心是建立新的研發(fā)能力，激勵阿聯(lián)酋年輕人從事太空科學和研究，并促進全球科技合作。

根據(jù)拉希德航天中心的消息，白兔-R將著陸在月球的“夢之湖”（Lacus Somniorum），該地區(qū)位于月球的東北側37.56°N，30.8°E，直徑424.76千米。“拉希德號”將被放置至月表，持續(xù)至少14個地球日以探測月表環(huán)境。對“夢之湖”環(huán)境的研究將有助于科學家們進一步了解月球。朗繆爾探測器旨在研究月球的等離子體，這是一層覆蓋其表面的帶電氣體。該研究可能有助于解釋為什么月球塵埃如此粘稠，這是阿波羅任務期間遇到的主要麻煩事，也是未來任務的潛在問題。阿聯(lián)酋航天局希望從任務中收集的數(shù)據(jù)將有助于在月球上建立一個研究站，并回答與太陽系形成有關的問題。

▲白兔-探測器和拉希德號巡視器

▲真空試驗中的拉希德號

拉希德航天中心總干事說：“我們對空間研究和開發(fā)的承諾引起了全世界的關注。我們現(xiàn)在通過國際合作，利用我們先進的科技中心，幫助在我們國家創(chuàng)造新的太空經(jīng)濟格局。阿聯(lián)酋月球任務等科學努力的使命是讓阿聯(lián)酋的旗幟高高飄揚，并站在為人類未來科學成就做出貢獻的國家的最前沿。”

金星-小行星任務：宏大的多目標旅行

2021年10月，阿聯(lián)酋航天局宣布開始一項新的阿聯(lián)酋行星任務，其中包括飛掠金星，然后對火星以外的小行星帶進行探索。該任務計劃于2028年發(fā)射。

這次任務的目的是飛掠金星，以及小行星主帶。此外，它還旨在進一步加速這個年輕國家的空間工程、科學研究和探索能力，并推動該國私營部門的創(chuàng)新。新的任務將吸收阿聯(lián)酋私營部門公司、當?shù)卮髮W參與。

該探測器將持續(xù)為期5年、36億千米的漫長旅程。探測器將在2028年發(fā)射升空，在2028年中飛掠金星，隨后在2029年中飛掠地球。2030年飛掠首顆主帶小行星，在連續(xù)飛掠6顆小行星后著陸在第7顆小行星上。最遠將距離太陽3個天文單位，約4.48億千米。此時探測器距離地球約5.6億千米。目前該任務透露的信息不多，但認為初步的軌道設計已經(jīng)完成。該任務是與科羅拉多大學博爾德分校的大氣和空間物理實驗室合作進行的，和阿聯(lián)酋火星探測任務一樣。

拉希德2號：中國月球探測計劃下的新嘗試

▲藝術家繪制的阿聯(lián)酋金星-小行星探測任務效果圖

在2022年國際宇航大會期間，阿聯(lián)酋和中國簽訂了協(xié)議——使用嫦娥七號著陸器，將阿聯(lián)酋的10千克重的月球巡視器放置至月球南極85°左右的永晝區(qū)，進行月球南極探測。該巡視器可能被命名為拉希德2號，但目前尚未確定。

拉希德2號的意義不只是一個月球協(xié)作探測計劃，而是中國航天打開中東深空合作任務并且擴展國際航天影響力的重要事件。這件事對兩個國家來說是一種雙贏，也為更多、更廣泛的合作鋪平了道路。

“火星2117”與火星科學城計劃

阿聯(lián)酋的航天雄心還不止于此。在將航天員送入國際空間站后，他們開始規(guī)劃載人深空任務。“希望有一天能夠讓我們阿聯(lián)酋航天員登上月球表面，我們的最終目標是將人類送上火星，而登月將是第一步。”

2017年，阿聯(lián)酋宣布計劃在未來100年內(nèi)殖民火星，在2117年建立一個火星殖民地。這就是“火星2117”計劃。由此產(chǎn)生了在迪拜附近建立火星科學城的設想。

火星科學城最初計劃覆蓋17.6萬平方米的沙漠，面積超過30個足球場，造價大約1.35億美元，旨在開發(fā)殖民火星所需的技術，并建立實驗室來刺激這個紅色星球的環(huán)境。它還將被用作食品、能源和水的使用的農(nóng)業(yè)試驗臺。

火星殖民城市將由加壓的生物質穹頂組成，以保持舒適的溫度和可居住的氣壓，每個地方都覆蓋著透明的聚乙烯膜。通過向地下冰層發(fā)電而產(chǎn)生的氧氣會填滿每個生物群落。隨著火星上人口的增長，生物穹頂將被連接在一起，形成環(huán)狀的村莊和城市。這座城市將使用太陽能供電和加熱，薄薄的大氣可以幫助穹頂保持溫度。由于火星上的大氣很少，傳熱量將會很低，這意味著穹頂內(nèi)的空氣不會像地球上那樣快地冷卻。

建筑將使用火星土壤3D打印的圓頂，房間將延伸到地下20英尺，以保護里面的人免受有害輻射和流星的傷害。這個神秘的設計在某些方面甚至有點好玩。在未來的火星上，你的地下洞穴里會有天窗，就像水族館一樣，有魚在周圍游泳。水窗保護居民免受輻射，同時允許光線進入地下房間。

阿聯(lián)酋火星科學城預計于2022年開工，2024年完工。火星科學城將被用作模擬惡劣的類空間環(huán)境，在那里，人類被隔離生活幾周或幾個月，為未來的太空探索任務做準備。MBRSC希望，未來這樣的研究能夠在阿聯(lián)酋火星科學城進行。這將是一個可以開發(fā)科學和技術的平臺，以幫助未來的火星任務。此外，火星科學城將成為一個新的設施，幫助國際社會尋求火星殖民。