第405章捕获方案敲定,紧锣密鼓推进
时间来到2月份,航天城。
农历新年的喜庆气氛还未散去,一间专用会议室内,长条桌上铺满了月球的高清遥感图,墙上的大屏幕循环播放著月球正面不同区域的数字高程模型。
来自不同领域的二十余名专家正襟危坐,每个人的面前都放著一叠厚厚的资料。
这是月球工厂选址的第一次正式评审会。
「这段时间,我们对月球正面二十三个候选区域进行了初步筛选。」主持会议的是天体地质学家王培中,一位头发花白、目光锐利的老教授,曾参与过嫦娥三号到五号的全部著陆区选址工作。
「最终锁定三个最具潜力的目标。」
他示意助手调出第一张图。
「候选一:雨海。」
屏幕上出现了一片灰黑色的广阔平原,表面散布著零星的陨石坑,一条红色的轨迹线标注著当年「嫦娥三号」的著陆位置。
「雨海区位于月球正面西北部,北纬15―30度,西经20―40度之间,总面积约83万平方公里。」王培中用雷射笔指著图上的标注,「这里的地形极为平坦,平均坡度小于2度,是月球上最理想的平原之一。月壤厚度普遍在4到8米之间,适合大规模开挖。」
他顿了顿,继续道:「此地最大的优势在于地质资料丰富,嫦娥三号2013年在此地著陆,玉兔号」巡视器获取了大量原位数据,我们对雨海的月壤成分、力学特性、地下结构都有比较准确的了解。」
「缺点呢?」会议桌的一端,一位与会者平静地问。
「缺点主要是位置。」王培中切换了一张轨道力学示意图,「雨海在北纬30度左右,距离赤道较远。从这儿发射太空飞行器进入地月转移轨道,有效载荷损失约15%―20%,发射窗□也相对受限。如果我们要在五年内完成上几百上千次发射任务,这个缺陷可能成为瓶颈。」
对方点了点头,示意他继续。
「候选二:静海。」
画面切换,一片比雨海略小的平原出现在屏幕上,同样地势平坦,但靠近月面中央。
「静海位于月球正面赤道附近,北纬0―10度,东经20―40度之间。嫦娥五号2020年在此著陆,采样返回任务取得了巨大成功。」王培中的声音提高了一些,「静海的最大优势有三点,第一,赤道位置,发射条件最佳,每天都有发射窗口,有效载荷损失最小。」
他调出第二组数据:「第二,钛铁矿含量高。嫦娥五号的采样分析显示,jh区域的月壤中钛铁矿含量达到12%―15%,远高于其他地区。钛是制造发动机结构件、压力容器、高温部件的理想材料。如果我们能在当地提炼钛金属,意义重大。」
「第三,地质资料同样丰富。我们有嫦娥五号的完整数据,包括钻取的月壤剖面、原位光谱分析、以及返回样品的实验室分析结果。这是任何其他国家都不具备的优势。」
「缺点呢?」
「缺点是地形略复杂。」王培中放大了静海的局部图像,「jh区域分布著一些低矮的丘陵,高度在100―300米之间,坡度5―10度。虽然不影响大体量的工厂建设,但对选址的具体位置要求较高,需要避开这些丘陵。另外,部分地区有较小的月海沟壑,需要进一步勘察。」
「候选三:风暴洋。」
第三张图出现,这是月球正面最大的一片暗色区域,面积超过400万平方公里。
「风暴洋是月球上最大的月海,跨度从北纬20度到南纬20度,西经40度到80度。这里最大的优势是资源多样性。」王培中调出光谱数据,「轨道遥感探测显示,风暴洋区域富含钾、稀土元素、磷、针等多种矿产。如果我们想要建立一个完整的工业体系,资源的多样性很重要。」
「但是位置偏西。」王培中话锋一转,「风暴洋大部分区域在西经40度以西,这意味著从地球直接通信需要中继卫星。嫦娥四号在月球背面工作时,我们就发射了鹊桥」中继星。如果要在风暴洋建设工厂,至少需要更多中继星,而且这里的地质资料相对较少,没有著陆器获取过原位数据。」
介绍完毕,会议室里安静了片刻。
每个人都在心中权衡这三个选项的优劣。
「我提议选址jh区。」一直未曾发的陆安开口了,他说道:「发射条件是硬约束,捕获小行星所需的发射频率次数太多,若是每次少15%的有效载荷,累积起来那就大了,那就需要更多的频次,关键时间不允许。」
陆安沉声补充道:「钛铁矿含量高也是关键,钛是发动机结构件的最佳材料,如果能当地提炼,能省下从地球运送金属的巨额成本。」
「我同意静海。」另一位材料学家附和,「从地球运送成品发动机到月球,成本太高,我们必须实现月球制造,而月球制造的第一步,就是要有能用的金属。」
从技术角度而,静海的钛铁矿,提炼相对容易。
钛的熔点高、比强度大、抗腐蚀,正好适合发动机工作环境。
「但静海的地形――――」地质学家王培中有些犹豫。
「丘陵是可以避开的。」陆安指著地图,「你看,静海虽然有一些丘陵,但也有大片平坦区域。我们可以用遥感数据精确定位,选一个地形最好的点。至于月海沟壑,小问题,填平或者跨越都可以。」
讨论持续了两个半小时,最终,专家组形成共识。
jh区域,作为月球工厂的首选地址。
理由综合如下:
赤道位置,发射窗口最优,有效载荷损失最小,这是多次发射任务的关键约束。
钛铁矿含量高,为当地提炼钛金属提供了资源基础,钛是制造发动机结构件的理想材料。
地质资料最全,有嫦娥五号的原位数据和返回样品分析,可以大大降低前期勘察风险,节约最关键的时间成本。
距离适中,位于月球正面,且月球被地球潮汐锁定,正面永远对著地球,无需中继卫星即可与地球全程保持通信畅通。
2月5日,选址方案正式上报。
两天后,获得批准。
2月8日,第一批精密遥感数据开始采集。
高分七号月球遥感卫星调整轨道,对静海预定区域进行解析度0.5米的超高清成像。
同时,嫦娥五号带回的月壤样品被重新分析,以获取更精确的力学参数和成分数据。
月球超级智能无人工厂选址工作紧锣密鼓推进的同时,另一个同样关键的战线也在同步展开,月球作业机器人的设计与改进。
2月15日,元界智控的总部研发中心。
返回嘉宁市的陆安亲自带队,在这里召开了「mr」系列月球机器人项目启动会。
会议室的一面墙上,挂著巨大的月球地图,jh区域被红圈标注。
另一面墙上,则是vi―3型机器人的三维分解图。
「vi―3在地球上已经证明了它的能力。」陆安开门见山,环视付晨等人说:「但月球是另一个世界,我们要面对的,是地球上从未有过的极端环境。」
他调出一张对比表,投影到屏幕上。
大气压:地球101千帕月球接近0,挑战是散热只能靠辐射,不能靠对流。
白天温度:地球20―30摄氏度月球最高130摄氏度,挑战是电子设备需要耐高温。
夜间温度:地球零下10―10摄氏度月球最低零下180摄氏度,挑战是材料可能脆化,电池可能失效。
温差变化:地球缓慢月球剧烈,挑战是热胀冷缩可能导致结构损坏。
辐射:地球有大气层保护月球面临宇宙射线、太阳风直接照射,挑战是电子器件可能被击穿。
重力:地球1个g月球六分之一个g,挑战是运动机构需要重新设计月尘:地球无月球带电、尖锐、黏附性强,挑战是可能堵塞关节,磨损表面。
「每一项都是生死考验。」陆安环视在座的工程师们,「尤其是月尘,月球表面覆盖著一层细细的粉末,由于没有大气层保护,这些尘埃颗粒被太阳风带电,像刀片一样锋利,而且容易黏附在任何东西上。」
他顿了顿,有条不紊地说:「我们的机器人,要在这样的环境里长期工作,不仅要活下来,还要高效工作。」
会议室里一片肃静。
「所以,我们必须从头设计。」陆安调出第一张设计草图,「基于vi―3的成熟架构,但每一个子系统都要针对月球环境进行改造。」
接下来的日子,是技术攻关的高强度阶段。
热控系统:
月球上没有空气,无法像在地球上那样用风扇散热。
解决方案是「热辐射+热管」复合系统。
机器人的关键部件,电机、控制器、电池都包裹在高效热管网络中,将热量传导到机器人表面的散热板,以红外辐射的方式排向太空。
夜晚来临时,散热板可以反转功能,吸收太阳能,为内部保温。
材料选择:
主体结构采用钛合金,不仅因为钛在低温下不会脆化,还因为月球上可以提炼钛。
关节轴承采用二硫化钨涂层,这是一种固体润滑剂,可以在真空环境中正常工作,不会被月尘污染。
外部覆盖多层绝缘膜,像太空服那样,阻挡热辐射和微小陨石。
电子系统加固:
所有晶片都要进行抗辐射加固,主要采用「三模冗余」设计,关键电路复制三份,即使一两路被高能粒子打坏,系统仍能正常工作。
内存采用抗辐照的磁阻ram,代替易受干扰的传统dram。
月尘防护:
这是最棘手的难题,解决方案是多层次的。
首先,所有关节都采用「波纹管+磁流体密封」双重保护,月尘无法进入。
其次,机器人表面喷涂导电涂层,定期释放电荷,防止静电吸附。
其下,关键部位如光学镜头配备「电帘」,这是一种通过高频电场振动清除尘埃的装置。
自主控制系统:
在1.3秒的单向通信延迟里,意味著不能实时遥控。
机器人必须能自主决策。
解决方案是「分层智能」,底层是实时的运动控制和避障,由机载fpga硬体实现;中层是任务规划,基于预设的目标和规则;高层是群体协同,通过机器人之间的局部通信实现。
2月20日,第一版设计冻结。
机器人被正式命名为,型号代码mr―1。
技术参数方面。
尺寸:高1.79米。
质量:375公斤(地球重量)
动力:固态晶格电池,关键任务期间可由外部核反应堆供电设计寿命:5年自主等级:l4,高度自主,人类仅需下达宏观指令第一批计划生产1000个,其中200个是「先锋型」,负责前期场地平整和工厂建设;
600个是「作业型」,负责采矿、运输、冶炼、制造:200个是「保障型」,负责维护、维修、回收。
所有机器人的核心控制单元、传感器、电机等关键部件,在地球生产。
壳体、结构件、工具等,可以在月球上用当地材料制造。
这种「核心部件地球造、外围部件月球造」的混合模式,既保证了可靠性,又降低了发射成本。
就在mr―1型机器人紧张研发的同时,另一个同样关键的战线,核聚变发动机也在全力推进。
可控核聚变,这个被物理学家追寻了半个多世纪的梦想,在危机倒逼下开始加速向现实迈进。
3月初,陆安带著一支核心团队,来到了位于泸州的「聚变堆主机关键系统综合研究设施」。
这是国家「十三五」重大科技基础设施,也是目前世界上规模最大的聚变研究基地。
接待他们的是一位瘦削的科学家,核聚变领域的顶尖专家,已经在托卡马克装置上深耕了二十五年。