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美运用GIS制定火星漫游者行动路线
作者:    来源:哥伦比亚广播公司   浏览次数:4155

    李荣兴(Rongxing Li)在俄亥俄州立大学负责管理绘图和GIS实验室(Mapping and GIS Lab),现在他正在规划两个姊妹火星漫游者的行动路线。
  据哥伦比亚广播公司30日报道,美国宇航局提出了大胆的派宇航员飞往火星的计划,但在火星计划实施之前,宇航员首先需要搭乘新型具重返月球,对从高科技扫描仪到新型太空服和下一代电力设施进行试验。
  为宇航员制作新型地图
  美国宇航局格伦研究中心月球系统的斯蒂芬·西蒙斯说:“我们将把月球作为我们前往火星和其他太空目的地的一个试验场。到月球上进行实验,只需要3、4天时间,而到其他星球上进行实验,至少需要一年甚至更长时间,所以到月球上进行前往火星的试验显然容易多了。”
  格伦研究中心与来自俄亥俄州和美国其他地区的大学里的科学家合作,正在从事很多项目的研究工作。布什总统在4年前的一次演讲中表示,美国将在2020年重返月球,然后前往火星。虽然在载人太空探索和它的成本问题方面存在一些批评意见,但是美国宇航局正在努力完成总统的要求——至少在下一任总统提出新要求前他们都会继续这样做。
  眼下俄亥俄州的研究人员将与全国数百名其他研究人员合作,这些人员从1972年就开始为第一次登月积极准备。今美国宇航局计划在今年秋天发射“月球勘测轨道器”(Lunar Reconnaissance Orbiter ),这个飞行器包括能捕捉到最清晰、最详细的月球图像的照相机和一个能纪录地形的激光测高计。
  李荣兴(Rongxing Li)在俄亥俄州立大学负责管理绘图和GIS实验室(Mapping and GIS Lab),现在他正在规划两个姊妹火星漫游者的行动路线。李将把月球勘测轨道器拍到的照片和绘制的地形图结合在一起,制作一个3D地图,美国宇航局将利用该图选择着陆点和探索地点。失重和异域地形使分辨方向、大小和距离变得非常困难,1971年即使有休斯顿航天空心的指引,宇航员艾伦·谢波德和爱德华·米切尔也没能找到那个计划中的陨石坑的边缘收集岩石样本,而当时这两名宇航员距离陨石坑边缘仅65英尺。所以,李还在和来自格伦研究中心、麻省理工学院和伯克利加州大学的一个科研组合作,开发定位和绘图技术,避免宇航员迷失方向。
  研制新型火箭和发动机
  美国宇航局计划利用一个双火箭系统飞往月球。巨大的“战神”V火箭将把无人驾驶“牵牛星"登月车(Altair lunar lander)送上太空,与此同时,较小的“战神”I将携带“猎户座”载人飞船(Orion Crew Vehicle)和6名宇航员前往月球。“猎户座”将与“牵牛星”对接,“战神”V将推动它们进入月球轨道。
  在大学校园内一个庞大的工作车间里,格伦研究中心的金属制造工已经造好了“战神”I原型的上半部分。这枚317英尺高的火箭的这个部分是由12个钢环(每个高大约是10英尺,宽18英尺)制成。这些工人在打磨钢环边缘的束套时,利用了激光测距仪。格伦研究中心下属企业经理特雷泽·格雷贝尔表示,在装配过程中,这些束套被固定在一起,它们的误差不能超过两百分之一英寸,长120英尺的管组的弯曲度不能超过八分之一英寸。这些钢环将在今年秋天用卡车运输到俄亥俄州的一个港口,装上船后,将穿过俄亥俄州,顺着密西西比河绕过佛罗里达,到达卡纳维拉尔角。
  “战神”原型在明年4月发射时,这个部分将连接235个传感器,用来记录振动、热流、扩张和收缩,以及压力和金属应变。这些数据将有助于确定载人飞行所需的修改方案。格伦研究中心和美国康涅狄格州哈特福德的普拉特惠特尼公司,目前正在制造用来推动“牵牛星”登陆器的低温火箭。“牵牛星”包括一个载重22吨的下降舱和一个上升舱,在月球表面停留几个月后,它们将利用燃料从月球上发射升空。工程师正在真空环境下检测沼气和其他燃料,以确定它们怎样才能在太空起到应有作用。克利夫兰的研究人员在设计这个用于保持登陆器呈垂直状的发动机时不想用有毒的肼。
  在月球上寻找可利用的能源
  美国宇航局格伦研究中心工程师肯·伯克表示,在月球上的宇航员需要一个能昼夜不停工作的电力系统。格伦研究中心已经对一个太阳能阵列进行了测试,该阵列在白天能产生比它所需的更多的能量。剩余能量将被储存在一个燃料电池里,这种电池可将水分解成氢和氧。夜晚,这种电池通过将氢和氧重新结合,产生大量能量。
  格伦研究中心首席调查员李·梅森还在研究垃圾桶大小的核反应堆。月极地区将持续7个月是白天,持续5个月是黑夜。赤道附近经历15天白天后将出现15个连续夜晚。格伦研究中心科学家库尔特·萨克斯德尔表示,美国宇航员一旦在月球上降落,就会在这颗地球的卫星上面设置一台发电机,用来将月球土壤中的二氧化硅或其他金属氧化物中的氧分离出来。他说:“我们在月球上所做的工作,将减少我们需要带往月球的东西,从而减少火箭的负担,降低风险,并节省成本。”
  如果能在月球上发现冰,它将能为宇航员提供呼吸所需的氧气和火箭燃料所需的氧气及氢气。月球土壤或水将用来为宇航员建造防护物,避免他们遭受人造射线或太空放射物侵害。萨克斯德尔的科研组正在研究聚集太阳光加热化学物质和为反应供能的方法(可为多种需要提供动力)。
  凯斯西储大学的土木工程教授大卫·曾正在与格伦合作,设计下一代漫游者和用来挖掘月球土壤及岩石的探索工具。曾说,为了试验这个设备,“我们需要比‘阿波罗’号从月球带回的更多的土。我们需要1000公斤土。因此我们正在地球上寻找具有相同机械性能、颗粒大小和密度的土。”月球土非常细,就像滑石粉一样,但是却是金刚砂。
  美国宇航局格伦研究中心的研究工程师史蒂夫·鲍曼说:“月球上没有风将这些细粒吹走,也没有水将它们团成一团。”他正在地下试验室内研究一种有宽大、柔软的金属轮的漫游者模型,当漫游者在月球表面疏松的土壤中行进时,这种轮子能为它提供更大的牵引力。鲍曼说:“我们的工作是提供能让这个漫游者正常运行的科学知识。”
  在长期太空任务期间,宇航员的肌肉开始变得软弱无力,甚至会萎缩。格伦和克利夫兰诊所的彼得·卡文基已经制作了一种垂直脚踏车,用来模拟在失重状态下的运动,以便了解宇航员在太空中的真实经历。健身方法实验室(Exercise Countermeasures Lab)经理凯利·格尔凯表示,这将有助于格伦设计出小型健身机,让月球上的宇航员能像在地球上一样锻炼身体。