注水的“太空加油站”

文/ 迟惑

▲ 月球前哨站的建造过程

▲ 月球前哨站及其水处理设施

▲ 不带减速伞的“工蜂”

在讨论应用场景之前，还需要介绍团队设想的另外一种航天器“工蜂”，也就是不带捕捉囊和采矿探针，却带着大容量水囊的“蜜蜂”变种。前文说过，NASA一直在研究太阳能热推进的可能性。“蜜蜂”的两副镜子所产生的高能光束能用来照射小行星，也能用来加热已经提取出来的水，作为空间推进的动力。“蜜蜂”本身也要用这种原理来实现空间机动。而“工蜂”的任务有两类，一类是从“蜜蜂”那里取走开采出来的水，送到月球逆行轨道上的水库；第二类则是作为空间拖车，把卫星、月球探测器、小行星探测器和火星探测器拖运到指定的轨道上。它的货物是水，燃料也是水。

不但如此，一部分“工蜂”需要往返于低地球轨道、高轨道和地月空间。所以，这类“工蜂”还带有减速伞，用于从较高的轨道降低到低轨道。

“方斯”和“滑板车”

以“蜜蜂”和“工蜂”为基础，结合NASA和商业航天界此前的一些成果，特别是比格罗航天公司的B330充气式太空舱，团队设想了一系列大大小小的航天器，分别是月球逆行轨道上的“月球轨道前哨站”、“方斯”推进剂生产设施、“蜜蜂”、“工蜂”、用于登月的可重复使用飞行器、用于帮助航天员进行太空行走的敞篷小飞船“滑板车”，以及用于前往火星和火卫二的深空探索系统。

在这其中，“方斯”和“滑板车”算得上是比较有意思的创意。

“方斯”是罗马神话中的井神和春天之神，不少国外商家也用他来命名户外取水设备。在本文的主体中，“方斯”是一个通用多种挥发性物质分离、处理和存储系统，由TransAstra公司和科罗拉多矿业学院联合设计。它可以用多种物理和化学手段，把流体中的水或者其他化合物分离出来，生产出水、液氧、液体甲烷、二氧化碳乃至氢气。这些产品一方面可以提供给航天员用于生存和生活，一方面可以作为“工蜂”等航天器的燃料。

“滑板车”看上去像是一个短粗的独木舟，它的长度达到6.55米，直径1.68米。上面有8个过氧化氢推力器，无论推力还是持续工作时间，都比航天员背包上那几个小推力器强多了。航天员乘坐着它，可以更容易地在空间站外部绕飞，还可以前往小行星进行勘察。不但如此，“滑板车”上还有一套辅助生命保障设施，只要把它连入航天服，就可以为航天员供氧、供热，延长舱外活动时间。“滑板车”最多可以乘坐三位航天员，或者等重的物资。

有了这些航天器，就可以不间断地从小行星上取得水，然后存储在月球轨道前哨站上。这个前哨站也将因此而成为宇宙里的加油站，不过它提供给过往航天器的并不是汽油也不是柴油，而是水、氧气和甲烷。

五种应用场景

利用上面这几种航天器，可以执行五种不同的任务。

首先是月球轨道前哨站运行，这个设施不但作为地月、地火之间的中转站，也是“方斯”的容身之处。“工蜂”会把从“蜜蜂”那里取来的不纯净水带到这里，处理成需要的物质，存储起来。月球轨道前哨站上还将设置两个B330舱和两台“滑板车”，以及一些发电和指挥控制设施。

第二是近地小行星探索，由“工蜂”推动一个深空探索空间站前往近地小行星，空间站上有两个较小的充气舱和两台“滑板车”。抵达近地小行星后，航天员乘坐“滑板车”前去勘察，还可以带回样品。

第三是登月，从地球上发射空载的可重复使用航天器，前往月球轨道前哨站，加满水之后再前往月球表面。完成探索之后再回到月球轨道前哨站，往复运输水、氧气等物资，为月球基地的建设提供资源。

第四是火星和火卫二探索，火星探测场景是在小行星探测组合的基础上加装人员居住舱，携带更多的生活物资。当然还要带上“滑板车”，并且要配置能够适应火星重力和大气环境的起降飞行器，可以考虑洛·马公司提出的火星起降飞行器MLAV。为了能在远离地球的地方继续获得补给，还要带上“蜜蜂”和“方斯”。实施探测时候，首先要把上述飞行器分步发射到低轨道，再用“工蜂”推进到月球轨道前哨站，加满水和液氧、甲烷，然后向火卫二进发。抵达之后，航天员乘坐“滑板车”前往火卫二，取下岩石样品用于研究。如果找到了富含水分的岩石，就把它拖到“蜜蜂”那里进行提取。这些“蜜蜂”的技术特点也有别于在地月空间工作的同类，更适合于对付整块的坚硬岩石，被称作“火星蜜蜂”。为了从火星上起降，还要配属相应的火星起降飞行器，是在前文所述的月球探索用可重复使用飞行器基础上改进，还是引入洛·马公司的火星起降飞行器，尚在研究之中。

第五是地球静止轨道卫星转移，这就要用到带有减速伞的“工蜂”了。火箭从地球起飞，先把卫星放置到低轨道上，然后“工蜂”从工作轨道降低到地球附近，展开减速伞，在稀薄大气中不断减速下降，和低轨道上的卫星对接。然后，“工蜂”收起减速伞，启动太阳能热推力器，向静止轨道前进。如果“工蜂”用尽了作为推进介质的水，它就回到月球轨道前哨站去补充。

相关链接：小行星上有水吗？

航天工程在策划期间可以脑洞大开，但是在考察可行性的时候，就要实施精确的计算。小行星取水的想法能不能实现，取决于这样两个问题：小行星上真的有水吗？如果有，怎么才能把它开采出来？

根据科学家们的观测，水在太阳系并不是很罕见的东西。中科院紫金山天文台研究员季江徽就曾经对记者说，他说：“事实上，在整个太阳系，水是常见的物质，尤其在太阳系外围的天体中，水大面积存在着。而太阳系里的天体中，除了土星和木星的卫星以外，还有很多的水分布在小行星上。”

很多科学家还认为，地球上的水资源其实都是小行星带来的。月球上如果存在水资源，也是小行星撞击的结果。实际上，哈勃空间望远镜曾经观察到170光年外的一次撞击，一颗含水量高达26%的小行星一头撞在了自己的母星GD61上。相比之下，地球上的水只占总重量的0.02%。所以，我们今天赖以生存的水，很可能也是这么来的。

2016年10月，美国地理测绘局还与NASA联合发布消息，认为在小行星塞姬上，可能存在大量的水。不过塞姬距离地球太远了一些，近期人们能够接近并加以开发的，应该是所谓的近地小行星。这类小行星的数量在两万个左右，人们对其中一些进行了探测。例如喷气推进实验室就曾经发表论文，指出一颗编号为2011 HP的小行星上富含水资源。美国行星资源公司的预测更加乐观，这家公司在自己的网站上说，“人类可以到达的近地小行星上就有大约两万亿吨水”。这个数字虽然只有地球水资源的一个零头，但对早期星际航行来说已经算很丰富了。

不但如此，人们很早就通过频谱观测知道，彗星的彗核就是一个脏雪球。欧洲罗塞塔彗星探测器近距离观测楚留莫夫-格拉希门克彗星之后，进一步证明了这个观测是正确的。