专为撞击而设计的月球火箭

在 1960 年的动画片《导弹与命中》中，大力水手意外地驾驶一枚火箭撞向了由奶酪制成的月球。

大力水手很快意识到他需要更多的燃料，“这样我们才能回到 Oyth”，于是他去寻求帮助。

今年夏天，当美国国家航空航天局 (NASA) 的一组科学家故意将一枚火箭撞向月球时，从某种意义上说，他们也在寻找燃料。

他们希望月球陨石坑观测和传感卫星（LCROSS）能告诉他们月球上是否有水冰。如果有的话，人类可以开采这些水冰，包括将其用作火箭燃料。

LCROSS 卫星将搭乘更大的月球勘测轨道器（LRO）抵达月球；这两个任务共同代表了 NASA 重返月球并在 2020 年之前建立月球前哨的计划的第一步。

在这次任务中，NASA 太空探测器将故意遭遇猛烈撞击。科学家们希望在研究 LCROSS 撞击结果时发现水蒸气。

由于 LCROSS 的构思几乎是事后才想到的，而且时间安排和预算都很紧张，因此它采用了从私营企业拼凑起来的零部件。例如，该飞船的红外光谱仪来自一家为地毯回收商制造手持设备的公司，其中一台红外摄像机最初是为 IndyCar 赛车设计的。

“这太神奇了——如果你在行业内搜索，并且你有具体要求，你就能找到符合你规格的仪器。你实际上只是在利用私人和商业投资，”LCROSS 任务首席研究员、位于加利福尼亚州莫菲特菲尔德的 NASA 艾姆斯研究中心的 Anthony Colaprete 说。“它不一定能让事情变得更好，但它产生了足够好的仪器和航天器。这就是我们的口号。”

同样，这次任务也是业余天文学家参与开创性科学研究的机会。美国宇航局正在向月球观察者寻求帮助，他们已经发送了月球不同阶段的图像，并将在今年夏天将望远镜对准地球的伴星，观察其撞击情况。该项目是国际天文年的一大亮点。

登月计划于今年春季进行，预计发射日期为 5 月 21 日；着陆日期定于 8 月 28 日。

在规划侦察轨道飞行器时，工程师们意识到飞船的 Atlas V 火箭有足够的推力来容纳另一个探测器，因此 NASA 征求了相关建议。研究地球和火星气候变化的 Colaprete 与现任 LCROSS 项目经理 Dan Andrews 和其他人合作，提出了将某物撞击月球以便检查碎片的想法。

他们与诺斯罗普·格鲁曼航空航天系统公司的工程师联手设计了 LCROSS，并于 2006 年 4 月从众多提案中脱颖而出。该飞行器于 2008 年春季完成设计、建造和测试，科拉普雷特称这一快速周转时间有助于团队顺利完成目标。

“这导致了一种简单且易于组装的设计。如果你有更多时间，你会考虑得更多，事情会变得更加复杂，”他说。

诺斯罗普·格鲁曼公司先进概念技术和新兴系统副总裁斯蒂芬·希克森表示，该任务的 27 个月期限和相对便宜的 7,900 万美元成本迫使团队量入为出。工程师们必须有远大的梦想。

“你可以把它看作是一种限制，或者你可以把它看作基本上决定了你的航空电子设备、太阳能电池阵列和仪器有效载荷的体积，”希克森说。“从某种意义上说，它简化了我们的任务。”

该团队还寻找便宜货，这是太空探索领域的一个新概念。科拉普雷特找到了几家小企业，它们已经提供所需的仪器或可以快速制造。有一次，他购买的一台相机在振动测试中失败了，NASA 的管理人员前去查看发生了什么。

“有人建议我们打开看看，看看出了什么问题，我说，‘不行，这在保修期内。如果拆开封条，就不在保修期内了。’但他们不相信我，”科拉普雷特说。

他把机器寄回去，制造商发现装错了零件。公司修好了机器后就把机器寄回去了。机器通过了测试。

“否则，我得花上不知道多少万美元来修理这台摄像头，”科拉普雷特说。

5 月份发射后，LRO 将启程，留下 Atlas V 的上级 Centaur 火箭和较小的卫星。这两颗卫星将沿着一条细长的轨道绕月飞行——部分设计是为了燃烧 Centaur 剩余的燃料，这样卫星的水蒸气探测仪器就不会被过量的氢气所欺骗。

在最后接近时，“半人马座”将与航天器分离，以每小时 9,000 公里的速度撞击选定的陨石坑。

LCROSS 必须坠毁在月球北极附近的一个新月形黑色陨石坑内。陨石坑必须足够深，使其壁面的部分表面永久处于阴影中；这样，陨石坑就会保持足够低的温度，使彗星带来的古老冰层永远没有机会融化。

半人马座的撞击将形成一个新的陨石坑，并喷出巨大的尘土云。

四分钟后，LCROSS 将飞过尘埃，疯狂地收集数据并将数据传回地球，直到它到达终点，这将产生第二股碎片羽流。来自尘埃云的数据将帮助科学家确定月球表面下是否有水。

地球上的望远镜，包括位于夏威夷莫纳克亚山的凯克望远镜和红外望远镜，将于 8 月 28 日观测月球，寻找水蒸气和其他物质。然而，喷出物云应该足够大，可以用 10 英寸的望远镜看到，这意味着许多业余天文学家会很高兴能有一次满月。

该卫星正在肯尼迪航天中心进行发射准备。