注水的“太空加油站”

文/ 遲惑

▲ 月球前哨站的建造過程

▲ 月球前哨站及其水處理設施

▲ 不帶減速傘的“工蜂”

在討論應用場景之前，還需要介紹團隊設想的另外一種航天器“工蜂”，也就是不帶捕捉囊和采礦探針，卻帶著大容量水囊的“蜜蜂”變種。前文說過，NASA一直在研究太陽能熱推進的可能性。“蜜蜂”的兩副鏡子所產生的高能光束能用來照射小行星，也能用來加熱已經提取出來的水，作為空間推進的動力。“蜜蜂”本身也要用這種原理來實現空間機動。而“工蜂”的任務有兩類，一類是從“蜜蜂”那里取走開采出來的水，送到月球逆行軌道上的水庫；第二類則是作為空間拖車，把衛星、月球探測器、小行星探測器和火星探測器拖運到指定的軌道上。它的貨物是水，燃料也是水。

不但如此，一部分“工蜂”需要往返于低地球軌道、高軌道和地月空間。所以，這類“工蜂”還帶有減速傘，用于從較高的軌道降低到低軌道。

“方斯”和“滑板車”

以“蜜蜂”和“工蜂”為基礎，結合NASA和商業航天界此前的一些成果，特別是比格羅航天公司的B330充氣式太空艙，團隊設想了一系列大大小小的航天器，分別是月球逆行軌道上的“月球軌道前哨站”、“方斯”推進劑生產設施、“蜜蜂”、“工蜂”、用于登月的可重復使用飛行器、用于幫助航天員進行太空行走的敞篷小飛船“滑板車”，以及用于前往火星和火衛二的深空探索系統。

在這其中，“方斯”和“滑板車”算得上是比較有意思的創意。

“方斯”是羅馬神話中的井神和春天之神，不少國外商家也用他來命名戶外取水設備。在本文的主體中，“方斯”是一個通用多種揮發性物質分離、處理和存儲系統，由TransAstra公司和科羅拉多礦業學院聯合設計。它可以用多種物理和化學手段，把流體中的水或者其他化合物分離出來，生產出水、液氧、液體甲烷、二氧化碳乃至氫氣。這些產品一方面可以提供給航天員用于生存和生活，一方面可以作為“工蜂”等航天器的燃料。

“滑板車”看上去像是一個短粗的獨木舟，它的長度達到6.55米，直徑1.68米。上面有8個過氧化氫推力器，無論推力還是持續工作時間，都比航天員背包上那幾個小推力器強多了。航天員乘坐著它，可以更容易地在空間站外部繞飛，還可以前往小行星進行勘察。不但如此，“滑板車”上還有一套輔助生命保障設施，只要把它連入航天服，就可以為航天員供氧、供熱，延長艙外活動時間。“滑板車”最多可以乘坐三位航天員，或者等重的物資。

有了這些航天器，就可以不間斷地從小行星上取得水，然后存儲在月球軌道前哨站上。這個前哨站也將因此而成為宇宙里的加油站，不過它提供給過往航天器的并不是汽油也不是柴油，而是水、氧氣和甲烷。

五種應用場景

利用上面這幾種航天器，可以執行五種不同的任務。

首先是月球軌道前哨站運行，這個設施不但作為地月、地火之間的中轉站，也是“方斯”的容身之處。“工蜂”會把從“蜜蜂”那里取來的不純凈水帶到這里，處理成需要的物質，存儲起來。月球軌道前哨站上還將設置兩個B330艙和兩臺“滑板車”，以及一些發電和指揮控制設施。

第二是近地小行星探索，由“工蜂”推動一個深空探索空間站前往近地小行星，空間站上有兩個較小的充氣艙和兩臺“滑板車”。抵達近地小行星后，航天員乘坐“滑板車”前去勘察，還可以帶回樣品。

第三是登月，從地球上發射空載的可重復使用航天器，前往月球軌道前哨站，加滿水之后再前往月球表面。完成探索之后再回到月球軌道前哨站，往復運輸水、氧氣等物資，為月球基地的建設提供資源。

第四是火星和火衛二探索，火星探測場景是在小行星探測組合的基礎上加裝人員居住艙，攜帶更多的生活物資。當然還要帶上“滑板車”，并且要配置能夠適應火星重力和大氣環境的起降飛行器，可以考慮洛·馬公司提出的火星起降飛行器MLAV。為了能在遠離地球的地方繼續獲得補給，還要帶上“蜜蜂”和“方斯”。實施探測時候，首先要把上述飛行器分步發射到低軌道，再用“工蜂”推進到月球軌道前哨站，加滿水和液氧、甲烷，然后向火衛二進發。抵達之后，航天員乘坐“滑板車”前往火衛二，取下巖石樣品用于研究。如果找到了富含水分的巖石，就把它拖到“蜜蜂”那里進行提取。這些“蜜蜂”的技術特點也有別于在地月空間工作的同類，更適合于對付整塊的堅硬巖石，被稱作“火星蜜蜂”。為了從火星上起降，還要配屬相應的火星起降飛行器，是在前文所述的月球探索用可重復使用飛行器基礎上改進，還是引入洛·馬公司的火星起降飛行器，尚在研究之中。

第五是地球靜止軌道衛星轉移，這就要用到帶有減速傘的“工蜂”了。火箭從地球起飛，先把衛星放置到低軌道上，然后“工蜂”從工作軌道降低到地球附近，展開減速傘，在稀薄大氣中不斷減速下降，和低軌道上的衛星對接。然后，“工蜂”收起減速傘，啟動太陽能熱推力器，向靜止軌道前進。如果“工蜂”用盡了作為推進介質的水，它就回到月球軌道前哨站去補充。

相關鏈接：小行星上有水嗎？

航天工程在策劃期間可以腦洞大開，但是在考察可行性的時候，就要實施精確的計算。小行星取水的想法能不能實現，取決于這樣兩個問題：小行星上真的有水嗎？如果有，怎么才能把它開采出來？

根據科學家們的觀測，水在太陽系并不是很罕見的東西。中科院紫金山天文臺研究員季江徽就曾經對記者說，他說：“事實上，在整個太陽系，水是常見的物質，尤其在太陽系外圍的天體中，水大面積存在著。而太陽系里的天體中，除了土星和木星的衛星以外，還有很多的水分布在小行星上。”

很多科學家還認為，地球上的水資源其實都是小行星帶來的。月球上如果存在水資源，也是小行星撞擊的結果。實際上，哈勃空間望遠鏡曾經觀察到170光年外的一次撞擊，一顆含水量高達26%的小行星一頭撞在了自己的母星GD61上。相比之下，地球上的水只占總重量的0.02%。所以，我們今天賴以生存的水，很可能也是這么來的。

2016年10月，美國地理測繪局還與NASA聯合發布消息，認為在小行星塞姬上，可能存在大量的水。不過塞姬距離地球太遠了一些，近期人們能夠接近并加以開發的，應該是所謂的近地小行星。這類小行星的數量在兩萬個左右，人們對其中一些進行了探測。例如噴氣推進實驗室就曾經發表論文，指出一顆編號為2011 HP的小行星上富含水資源。美國行星資源公司的預測更加樂觀，這家公司在自己的網站上說，“人類可以到達的近地小行星上就有大約兩萬億噸水”。這個數字雖然只有地球水資源的一個零頭，但對早期星際航行來說已經算很豐富了。

不但如此，人們很早就通過頻譜觀測知道，彗星的彗核就是一個臟雪球。歐洲羅塞塔彗星探測器近距離觀測楚留莫夫-格拉希門克彗星之后，進一步證明了這個觀測是正確的。