航天新观察2021/04/25
第 320期
【综合报道】4月21日，NASA毅力号漫游车在火星上又创下了一个“第一次”， 成功利用火星上以二氧化碳为主的稀薄大气制取了5.4克的氧，大概够一名宇航员轻松呼吸10分钟。首次工作并未让“火星氧原位资源利用实验”（MOXIE）尽全力。全力工作的话，它每小时能制取约10克的氧。按照计划，它还将在总共一个火星年（约相当于地球上687天）的时间里再工作9次。火星制氧，是一项既会有助于宇航员呼吸、也将帮助解决返航用火箭推进剂问题的一项技术。
4月22日， 成功首飞3天后， 机智号直升机进行了在火星上的第二次飞行。飞行共持续51.9秒，飞到了5米高度。该直升机在首飞中飞到了3米高度，悬停一会儿后开始下降。在本次飞行中，机智号让机身略微倾斜，得以向侧向移动了2米，停下后调头，然后往回飞了2米，最终下降并安全着陆。该项目计划做最多5次飞行。NASA称，由于前两次飞行都很顺利，机智号团队正在考虑如何在接下来的飞行中更好地扩大飞行剖面，以通过“另一个星球上的首批成功试飞”获取更多航空数据。
4月23日， SpaceX公司“载人龙”飞船发射升空，执行NASA商业载人运输计划下的第二次正式飞行任务Crew-2，次日与国际空间站对接。执飞本次任务的4位宇航员都有过飞行经历，他们的到来将让站上人数暂时达到11人。
宙叔评论
从本周一（19日）傍晚到周日（24日）的6天里，美国航天完成了三项新突破。一是“机智”号火星直升机在火星表面完成两次低空试飞，二是“毅力”号火星车上携带的仪器MOXIE开始生产氧气，三是SpaceX公司依靠自主研制的二手火箭、二手飞船帮助NASA完成了第二次送宇航员前往国际空间站的正式任务。三件事均为重大突破，从不同角度、不同层次创造了人类航天历史。
首先，火星直升机试飞要求在30天内飞多次，集中测试，快速递进，第二次还在第一次飞行基础上增加了2米高度和2米侧向往返。过程顺利结果圆满，这是大量地面试验的功劳。实验室中的空气模拟出了火星的大气密度，“机智”号在其中多次自主飞起，完成各种预期动作。实际上，地面模拟环境下旋翼机可能比火星上更难飞，因为在二者大气状况相似的情况下，地球上万有引力更大，对起飞是不利的。尽管地火距离遥远导致地面控制中心无法实时操控直升机，飞行并没有太多不确定性，工程师们在飞成后的狂喜纯粹是因为此前没有在火星上飞过。
与技术突破相比，这次飞行的宏观意义或许更值得纪念：在莱特兄弟发明飞机100多年后，人类将航空飞行拓展从地球拓展到了另一枚行星。无人探测器们未来不仅能环绕着星球探测，在固态星球上着陆驰骋，还将能在火星、木卫六这样有一定大气的星球上飞行，大大拓展我们的探测维度。
第二个突破是纯粹的、重大的科技进步，这一尝试被称为火星氧气原位资源利用实验（MOXIE）。“毅力”号火星车上的MOXIE模块竟然通过高温电解的方式将氧原子从二氧化碳分子中分离出来了！此前NASA的火星探测已经搞明白了火星土壤岩石和大气的成分，按照JPL的思路就不会再让“毅力”号火星车做重复工作了，而是在人类移民火星的路上再迈进一步。但没想到这个实验这么快就成功了，火星直升机顺利飞行的同时氧气也制备了，互不耽误。氧气虽然量很少，但原理走通了就好办，可以研制出规模更大的装置，制备更多的氧气。火星上不缺阳光，那么太阳能发电就没问题了，未来如果从地球运来核能，也可以用于发电。火星也不缺二氧化碳，大气96%都是二氧化碳。有了这两样原位资源，就可以快速而低成本地制备氧气了。
在火星上制造氧气既可以给人呼吸用，也可以作为氧化剂，与燃烧剂配合开展如燃烧供热、动力推进等应用。虽然这种燃烧剂目前还无法确定选用哪种原位资源获取，但至少已经解决了氧气这个大问题。同时需要注意的是，电解二氧化碳本身就需要消耗大量电能，而电能如果依靠太阳能转化，就需要大量太阳能电池板。太阳能能量转化效率不高、且建设和使用过程会产生额外的能量损耗，因此能否研制出可持续的、效率更高、更实用的制氧装置，是后续实验要解决的问题。原理通了，就要考虑怎么工程化的问题了。
第三大突破，是SpaceX公司的载人龙飞船第二次执行国际空间站正式载人任务。算上这一次，SpaceX公司通过3次发射，已把总共10名宇航员送入国际空间站。去年5月载人龙搭载两名宇航员进国际空间站是演示验证，人少而且时间短，只停留了64天。此后两次就是正式任务了，执行正常的轮换制度。能送宇航员进空间站还不算什么，这次SpaceX来了个二手船箭且带回收的——火箭用的是第二次任务的火箭，飞船用的是第一次任务的飞船。宙叔不由感慨，即便是军方这样不差钱、讲规划、守传统的用户，也越来越务实了。最初，不允许SpaceX使用旧箭、旧船发射NASA和军方任务，后来同意用旧箭发射NASA和军方任务但任务中不允许回收（比如发射美国GPS卫星），再后来可以用旧箭、旧船发射货运的NASA和军方任务，到现在可以用旧箭、旧船搞载人发射、并且不再限制是否回收火箭一子级了。
限制逐渐放开，约束步步松动，现在SpaceX公司已经可以在帮助NASA完成各类太空运输任务的同时尽情回收猎鹰9火箭一子级和整流罩了，将其航天器包括重复使用在内的系统能力发挥到了极致。过了载人航天这一关，再往后，宙叔已经看不到还有什么可以突破了。估计只有等着“星舰”运载器研制成功之后，系统上彻底取代猎鹰9和猎鹰重型火箭，能力上从地球、月球到火星。
五六年前马斯克第一次宣称要让人类成为多星球生存物种时，所获多为怀疑与嘲笑。世事难料啊，今天，这个目标似乎不是那么遥远了，尤其是把今天的三大新闻结合起来看。国家队在火星上造出了氧气、而且准备好未来与载人登火配合工作的无人机了，商业队在支撑近地轨道常态化载人任务的同时瞄准火星运输能力一路试验。很快，我们中国的“天问一号”也将着陆火星开展探测。另一颗行星上的科学、技术、工程尝试如此牵动地球人心，从这个意义上来说，今天的我们虽然身在此星，生活与生产思维已经抵达了太阳系的另一片土地。这是太空时代的真正开端，这是我们几代人的幸福所在。
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