科普大講堂:航天飛機(jī)究竟能否飛抵月球?看天文學(xué)家如何回答
源自《為全人類》的困惑:航天飛機(jī)究竟能否飛抵月球?

太空歷史系列《為全人類》第二季中,哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)繞月飛行。(圖片來(lái)源:Apple TV+)
“在飛往月球之前,我們需要為航天飛機(jī)補(bǔ)充燃料……”
這句話源自《為全人類》(For All Mankind)第二季的倒數(shù)第二集。這句話似乎間接回應(yīng)了Apple TV+太空歷史系列中的一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題——航天飛機(jī)究竟能否飛抵月球?盡管該解釋僅用了11個(gè)單詞,卻也為大眾正在熱議的話題提供了一個(gè)合理的解釋——雖然說(shuō)到底,這一話題與該系列的情節(jié)主線并無(wú)關(guān)聯(lián)。

美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)的航天飛機(jī)究竟能否飛抵月球?
《為全人類》為一部虛構(gòu)之作。該劇假想蘇聯(lián)先于美國(guó)完成人類登月,并由此展開(kāi)一系列的故事情節(jié)。而在隨后發(fā)布的第二季中,該劇也向公眾展示了20世紀(jì)80年代初人類邁入航天飛機(jī)時(shí)代的真實(shí)記錄。
盡管公眾有時(shí)認(rèn)為人類制造的有翼軌道飛行器曾經(jīng)飛抵月球,但在查閱相關(guān)歷史資料后,我們不難發(fā)現(xiàn)這一說(shuō)法實(shí)屬無(wú)稽之談。對(duì)此,美國(guó)國(guó)家航空航天局也在其官網(wǎng)上進(jìn)行了澄清:
“航天飛機(jī)的設(shè)計(jì)目的是在近地軌道(距地表幾百英里內(nèi))飛行,因此,它并未攜帶足夠的推進(jìn)劑供其脫離地球軌道、飛往月球?!?/p>
然而,與之相悖的是,《為全人類》的系列劇集卻多次向公眾展示了航天飛機(jī)飛往月球的畫(huà)面。

當(dāng)然,由于該系列的故事發(fā)生在不同的時(shí)間線上,若非該劇的創(chuàng)作者羅納德·D·摩爾(Ronald D. Moore)、制片人以及編劇借助真實(shí)歷史證明其改編確屬正確無(wú)誤,公眾或許極有可能將該部劇作與科幻片混為一談。此外,《為全人類》的粉絲群體也紛紛在Reddit、Facebook、wiki和YouTube上為該劇創(chuàng)建了專欄,并發(fā)布了一些自認(rèn)為合理的解釋——其中,部分觀點(diǎn)甚至應(yīng)用軌道力學(xué)的知識(shí)對(duì)該問(wèn)題做出了詳盡解釋。

《為全人類》第二季中,哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)正從月球返回地球。(圖片來(lái)源:Apple TV+)
一片遮羞布
在接受太空收藏網(wǎng)的采訪時(shí),曾搭乘過(guò)航天飛機(jī)的前NASA宇航員蓋勒特·賴斯曼(Garrett Reisman)不得不承認(rèn):“誠(chéng)然,我們的航天飛機(jī)目前無(wú)法飛抵月球。”
作為該系列的技術(shù)顧問(wèn),賴斯曼還在劇中友情客串了航天飛機(jī)指揮員——駕駛哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)自月球返回地球。
他說(shuō):“我們都曾指出,由于無(wú)法達(dá)到足夠的速度增量(單位時(shí)間內(nèi)速度的變化量),航天飛機(jī)將注定無(wú)法飛抵月球。計(jì)算結(jié)果也證明,即使我們?cè)谟行лd荷艙內(nèi)加注聯(lián)氨并將其送入(軌道機(jī)動(dòng)系統(tǒng))OMS引擎燃燒,我們?nèi)匀粺o(wú)法做到在不超過(guò)軌道飛行器有效載荷質(zhì)量的情況下飛抵月球并成功返地?!?/p>
“我們?cè)缫焉钪O此點(diǎn)”,賴斯曼如是說(shuō)。
“當(dāng)然,我們亦可提供忽略此點(diǎn)的充分理由?!?/p>
“《為全人類》之所以偉大,其緣由根植于編劇對(duì)科學(xué)的不懈追求。當(dāng)然,劇中某些至關(guān)重要之處也確乎會(huì)決定該劇的公眾反響?!?/p>
賴斯曼指出:“當(dāng)因劇情需要而不得不違背物理事實(shí)時(shí),編劇必然會(huì)放一點(diǎn)遮羞布加以掩飾。如果你仔細(xì)聆聽(tīng),你會(huì)發(fā)現(xiàn)在第二季第九集中的一段對(duì)話中,我們解釋了航天飛機(jī)是如何飛抵月球的?!?/p>
忠于事實(shí)與控制成本的綜合考量
羅納德·D·摩爾本可以通過(guò)禁用航天飛機(jī)亦或改變其設(shè)計(jì)(正如最終引入“探路者”號(hào)探測(cè)器那樣)來(lái)避免這一問(wèn)題的產(chǎn)生,但他依舊堅(jiān)持認(rèn)為這款標(biāo)志性飛行器在太空探索歷史中承擔(dān)著不可或缺的地位。
摩爾在接受太空收藏網(wǎng)的采訪時(shí)說(shuō)道:“就太空計(jì)劃本身而言,這恰恰是觀眾的試金石。尤其是在20世紀(jì)80年代,如果在節(jié)目中并未出現(xiàn)航天飛機(jī),觀眾反而會(huì)感到很奇怪,因?yàn)樗欢却砹嗣绹?guó)太空計(jì)劃的前沿成果?!?/p>
正如《為全人類》第二季中所展示的那樣,航天飛機(jī)可能是在與太空實(shí)驗(yàn)室對(duì)接時(shí)完成燃料加注的。(圖片來(lái)源:Apple TV+)
不過(guò),另一現(xiàn)實(shí)原因也迫使劇組不得不使用航天飛機(jī)出演該劇。
摩爾說(shuō):“一方面,如果我們不使用航天飛機(jī),我們將不得不制作一個(gè)全新的飛行器模型,那就意味著我們不僅要付出更大的資金代價(jià),而且先前的那些剪輯片段也將不復(fù)可用。另一方面,我們僅有的道具也不過(guò)只是一套恰能仿制航天飛機(jī)內(nèi)部駕駛艙的裝置以及幾套宇航服罷了。
“所以,僅僅花費(fèi)制作人的那部分微薄資金,若是選擇忠于事實(shí),我將不得不削減掉很多其他的東西,也就沒(méi)有充足的資金去建造月球基地了。但是,假如我能找到一種方法來(lái)證明航天飛機(jī)的使用是合理的,那必將對(duì)我大有裨益。盡管航天飛機(jī)本身并不免費(fèi),但光從制作預(yù)算的角度來(lái)看,這種做法將會(huì)節(jié)省巨額的資金?!?/p>
無(wú)獨(dú)有偶,摩爾在航天飛機(jī)的發(fā)展史中找到了支撐該論點(diǎn)的正當(dāng)理由。
在真實(shí)歷史上,NASA曾就該項(xiàng)目詢問(wèn)尼克松政府:“繼阿波羅計(jì)劃之后,我們的航天計(jì)劃將導(dǎo)向何方?當(dāng)然,這必定是一個(gè)百年大計(jì)——月球基地、空間站、登陸火星、航天飛機(jī)……”尼克松稍加思索,說(shuō):“那就航天飛機(jī)如何?”因此,在該劇中,即使俄羅斯人在最后一刻登上月球,美國(guó)的航天計(jì)劃依舊處于穩(wěn)步推進(jìn)中。
在《為全人類》的時(shí)間軸上,NASA即將建造月球基地與航天飛機(jī)。NASA認(rèn)為,與其試圖發(fā)明一款全新的飛行器,不如對(duì)軌道飛行器稍加改裝,使其能夠在月球表面完成工作內(nèi)容。
摩爾指出:“基于現(xiàn)有的財(cái)力、物力以及基礎(chǔ)設(shè)施,我們除了利用現(xiàn)有平臺(tái)為航天飛機(jī)補(bǔ)充燃料,還可以嘗試使用更為高效的燃料和引擎,如此一來(lái),我們就能在一定程度上解決這一科學(xué)悖論。盡管以上設(shè)想能否實(shí)現(xiàn)有待考證,但至少存在一些合理的想法,即,我們可以在軌道上為航天飛機(jī)補(bǔ)充燃料,助其飛抵月球?!?/p>
“這就是我說(shuō)服蓋勒特的理由。”摩爾說(shuō),“我自知有些批評(píng)之言實(shí)乃我個(gè)人原因所造成,而其后果就是觀眾對(duì)劇作的科學(xué)性產(chǎn)生了一系列質(zhì)疑。但到最后,我依舊固執(zhí)己見(jiàn),認(rèn)定上述原因皆合理有效?!?/p>
BY:Robert Z. Pearlman
FY:嚴(yán)征宇
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