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NASA并不是一种品牌,它是美国国家航空航天局的简称。之所以许多衣服、玩具上会有NASA的标志,是因为部分品牌在申请NASA商标授权后,就可以推出一些包含了NASA元素、商标的商品。
NASA并不是一种品牌,它是美国国家航空航天局的简称,也被称作美国航天太空总署,它是一个行政性的科研机构,它会展开关于太空科学的研究并定制、实施美国的太空计划。NASA正式成立于1958年,领导了阿波罗登月计划、天空实验室空间站等项目。
但是我们平时在购买许多衣服、玩具的时候,可能都看到过这些商品上有NASA的标志,所以就将它当作一种商业品牌了。会出现这样的情况是因为部分品牌是可以申请NASA商标授权的,然后就可以在得到授权之后推出一些包含了NASA元素、商标的商品。比如coach、H&M等品牌就推出过包含NASA元素的商品。
研究领域:
航空学研究及探索,包括空间科学(太阳系探索、火星探索、月球探索、宇宙结构和环境),地球学研究(地球系统学、地球学的应用),生物物理研究,航空学(航空技术),并承担一定的培训计划。
在航空技术方面,主要从事以下四方面的工作:1空气动力:紊流学、翼型、超音速飞行等。2 推进技术:燃烧与燃料、噪声及其传播、计算流体力学、涡轮机械部件研究。3材料与结构:复合材料、高温材料、动态加载与气动弹性、结构分析等。4航空电子学和人素工程:制导/导航、航空电子学、飞行管理和模拟技术。
如果一切顺利,那么「机智号」将成为第一架翱翔在火星上空的飞行器。
这架名为「机智号」的无人直升机,被吊装在「毅力号」火星车的肚子下面,一路送往那颗红色星球。机智号本体只有 18 公斤重,一盒纸巾大小,四条机械腿上却装有两根长达 12 米的碳纤维旋翼。除了拍照它不执行科学任务,主要是验证在火星上自主飞行的能力。
为了完成这项艰巨的任务,「机智号」必须经受住一系列考验——严酷的温度、苛刻的功率限制,并在距离地球达10光分的火星上完成90秒的飞行任务。由于距离过远,实时通信或控制显然无法实现,它必须自主飞行。
那么NASA喷气推进实验室(JPL)是如何设计这架直升飞机的?我们采访到NASA JPL火星无人机行动负责人Tim Canham。
整个设计过程最重要的策略,是权衡设计与火星无人机的任务背景,这也是本次技术演示的最大意义所在。「机智号」并不需要像「毅力号」火星车那样完成科学考察工作;相反,它只需要做好自己的本份,飞行一段距离。如果运气好,「机智号」还可以捕捉几张航拍图,仅此而已。这项任务的价值在于,我们要证明低空飞机器能够在火星表面飞行,并收集更多数据,以指导下一代火星旋翼飞机的设计与制造工作。一切只是开始,更令人兴奋的远景发展还在后头。
「机智号」不需要刻意完成任何复杂的任务,因为光是火星无人机这个概念就已经足够复杂了。在火星上放飞无人机极具挑战性,除了功率与通信限制之外,还有一项核心挑战——火星的大气密度仅为地球的1%。
考虑到上述情况,Tim Canham告诉我们,「机智号」只要能够在火星表面成功起降一次,对NASA来说就已经是场辉煌的胜利。Canham协助开发了指挥「机智号」运行的软件架构。作为「机智号」运营团队的负责人,Canham目前主要处理无人机计划与「毅力号」火星车团队之间的协调工作。通过交流,我们希望深入了解「机智号」无人机如何在火星表面自主实现起降飞行。
问:您能聊聊「机智号」无人机的硬件配备吗?
Tim Canham: 「机智号」无人机属于技术演示项目,所以JPL愿意为此承担更高的失败风险。这一点与火星车乃至深空探测器不同——后者属于B级任务,不少NASA员工已经在这部分硬件与软件开发工作中投入了多年时间。
对于纯技术演示,JPL倾向于尝试更多新的实现方式。因此,我们决定尽可能摆脱手工件的束缚,大量采用现成的消费类硬件。目前市面上已经存在很多坚实耐用且能够抵御辐射的航空电子元件,而且大部分技术属于普通商业级产品。
以处理器为例,我们使用的是高通公司提供的骁龙801芯片。它实际上就是一块手机处理器,而且体积非常小巧。不瞒您说,骁龙801实际上是此次任务中最先进的处理器,其性能反而比「毅力号」火星车上的处理器强大得多。事实上,这块无人机使用的芯片拥有比火星力高出几个数量级的算力,负责通过500 Hz主频在制导期间循环运行,以保持无人机在火星大气中的平衡飞行。更重要的是,我们还需要捕捉图像并分析特征,同时以30 Hz频率逐帧跟踪画面内容。总之,这些任务都对处理器性能提出了极高要求,而NASA目前使用的一切航空电子元件都达不到要求。实际上,我们已经开始从SparkFun上订购零件。我们的理念非常简单:虽然这些只是商用硬件,但我们会进行全面测试;只要效果良好,就应该可以直接使用。
问:能否介绍一下「机智号」使用的导航传感器?
Tim Canham: 我们使用的手机级 IMU、激光测高仪(来自SparkFun)以及向下的 VGA 摄像机进行单眼特征跟踪。导航时,无人机逐帧比较几十个特征,以跟踪相对位置找出方向和速度。这一切功能都会通过位置估计来完成,而不需要记住特征或创建地图。
图:NASA机智号无人机底部图,可以看到其上搭载的激光测高仪和导航摄像机。
我们还装有一台倾角仪,用于在起飞时确定地面的倾斜度。另外,无人机上搭载一个1300万像素的手机级彩色摄像头——与导航无关,我们只是希望在飞行过程中拍摄几张精美的照片。我们将其称为RTE,以缩写方式称呼各类系统也是太空项目的传统。其实我们之前还考虑过在系统中加入危险检测功能,但时间有限最后只能作罢。
问:这架无人机是怎么自主飞行的?
Tim Canham: 其实你可以把这架无人机理解成某种传统的JPL航天器,其中安装一套排序引擎,我们为其编写了多条序列、相关命令,再将文件上传其中以供执行。
在模拟过程中,我们将低空飞行的制导部分划分成多个途经点,每个途经点都对应着我们在制导软件中设定的一条命令序列。在需要飞行时,我们会向无人机发出指令,之后即由制导软件接管并完成起飞、穿越各途经点、以及最后的着陆动作。
但这种方式中的每个途经点都经过特别设计,不能算是真正的自主飞行——我们并没有设定任何目标与规则,也没有做出任何高级推理,所以这只能算是半自主方案。更简单直接的方法就是,指定专人通过操纵杆远程指挥其飞行,但地球距离火星太远,即时遥控根本实现不了。面对紧张的项目时间表,我们只能提前制定出大体飞行计划,帮助无人机理解需要完成的预定飞行轨迹。在实际飞行中,无人机本身会根据风力、风向及其他实际环境因素调整飞行方式,保证始终沿既定航线前行。这同样是种半自主方案,用以顺利完成发射前制定的飞行路线。
就个人看来,我觉得这不能算是高级自主技术,而更多只是一种脚本式的飞行导引。只有直接要求无人机“给那块岩石拍张照片”、它就能照做,才算真正的自主飞行。但作为初始任务,我们这次只需要证明飞行器能在火星地表成功飞行。至于全自主飞行方案,我们会在后续任务中逐步尝试,这可能需要制作一架体量更大的无人机、搭载能够实现更强自主功能的先进硬件。
说起这个,我们不妨回顾火星上的第一位访客——探路者号。它的任务更简单:绕基地先进一圈,最好拍下岩石及其他样本的照片。因此作为初步技术演示,我们对火星上的第一架无人机也没必要苛求过多。
问:在某些极端情况下,无人机有没有可能偏离预定飞行路线?
Tim Canham: 制导软件会持续检测各传感器的运行状况,保证生成高质量数据。如果传感器发生故障,无人机确实会做出相应反应,即保持最后一条飞行指引信息、尝试着陆,而后向我们发送情况报告并等待处理意见。总之,在检测到传感器故障后,无人机将停止飞行。我们一共在机智号上安装了三个传感器,都与飞行过程紧密相关,三者的数据将融合起来共同为机智号提供导航指引。
问:初始飞行计划是怎么制定出来的?
Tim Canham: 我们经历了全面的选址过程,一切以「毅力号」火星车预计降落地点周边的环境为起点。根据实际情况,我们整理出轨道图像,并从中粗略识别出火星车将先后抵达的多个点位。结合周边岩石的坡度、高度乃至特定区域内的地表纹理,我们精心选取了适合无人机飞行的区域。
这里同样有不少权衡因素——最安全的地表应该没有任何纹理,代表这一块区域没有岩石;但这种缺少纹理的地面,也可能令无人机无法准确捕捉其特征、进而失去制导能力。为此,我们最好选择一片易于跟踪特征的碎石滩,同时保证这里没有任何可能威胁着陆过程的大石块。
问:这架无人机计划完成哪些飞行任务?
Tim Canham: 因为只是第一次尝试,所以我们只规划了三项主要任务,而且起降点全部选在同一位置。只有这样,才能保证无人机始终处于经过调查的安全飞行区域内。我们的时间窗口也非常有限,只有30天。如果时间再宽裕些,我们可能会尝试让其降落在其他看起来比较安全的新区域。但至少三项既定任务都是起飞、飞行、而后返航并降落在同一地点。
问:JPL拥有丰富的机器人制造经验,开发的机器人往往能够在主要任务完成后长时间保持正常运作。但这次只设定30天的任务执行周期,是否意味着除非发生意外事故,否则这架功能仍然完好的无人机将被直接遗弃在火星表面?
Tim Canham: 是的,计划就是这样,火星车会前往别处继续执行主要任务。毅力号团队已经为我们划拨了不少资源,留下了30天的时间窗口,我们对此深表感谢。在此之后,无论无人机状况是否良好,火星车本体都会继续前进。所以我们可以随意安排飞行任务,但绝对不能超过30天时限。
目前我们还没有规划好最后两轮飞行,但根据前三轮飞行任务的执行速度,我们可能会有一周左右时间做点新鲜的尝试。不过当下,我们还是要先认真把前三轮任务做好。
只要能成功完成一次飞行,我们的目标就算是基本实现。接下来我们会略微扩大飞行范围,如果仍然成功,那么最后两轮飞行就可以稍微冒点险了。比如我们可能会飞上一百米,或者做个大回环之类的动作。但最重要的是,理解无人机在火星表面的飞行方式,所以第一轮任务最重要,我们得认真观察无人机的飞行能力。
问:假如前四轮飞行一切顺利,那么在最后一轮尝试中,您打算设计怎样的飞行任务?是做点风险比较大、但成功后意义重大的尝试,还是风险较小、但重要性同样偏低的尝试?
问:JPL的工程师们在 探索 中还有哪些特别的发现,能给我们讲讲吗?
Tim Canham: 这是我们第一次在火星环境下使用Linux。没错,我们的无人机用的是Linux系统,软件框架则是JPL内部开发的立方体卫星与仪器专用框架。
几年前,我们已经把项目开源,现在大家可以直接通过GitHub下载火星无人机上的飞行软件,把它用在自己的项目当中。这是开源领域的一场辉煌胜利,我们把开源系统与开源飞行软件框架,同商用零部件整合了起来。
如果你想亲自尝试,也完全没有问题。对JPL来说,这种结合还是新鲜事物,以往我们大多使用特别安全、特别可靠的部件。但这一次灵感碰撞让人们感到兴奋无比,我们也期待这种新思路能在未来迸发出更大的能量。
乍一看,NASA将要在执行阿尔忒弥斯任务时穿的新宇航服,可能与现在宇航员在国际空间站进行太空行走时穿的宇航服相似。然而事实并没有那么简单,21世纪的月球漫步者需要比他们的前辈完成更复杂的任务。
宇航服是人类太空 探索 中必不可少的重要元素,它模拟了恶劣的太空环境和地球及其大气层提供的基本资源。
用于执行Artemis任务的新宇航服被称为 探索 舱外机动单元,简称xEMU。它的 历史 是一个工程进化的故事,可以追溯到水星太空服,其本身就是海军高空飞行服的升级版。以下是21世纪关于下一批宇航员在执行阿尔特弥斯任务时将会穿的宇航服的升级概要:
安全一直是人类太空 探索 任务的首要,由于阿波罗探险者和最近的机器人任务,NASA现在比以往任何时候都更了解月球环境。在阿波罗11号之前,人们最担心的是月球土壤无法承受着陆器或里面宇航员的重量。现在我们知道,更大的危险是,月球土壤是由微小的玻璃状碎片组成的,所以新的宇航服有一套防尘的功能,以防止吸入或污染宇航服的生命支持系统或其他航天器。该宇航服还可以承受零下120摄氏度的极端低温,以及高达120摄氏度的高温阳光。
便携式生命支持系统是宇航员在太空行走时熟悉的背包,它储存宇航服的能量和可呼吸的空气,并将呼出的二氧化碳和其他有毒气体、气味和水分从宇航服中带走。它还可以帮助调节温度,监控整个宇航服的性能,如果资源不足,或者系统出现故障,它会发出警告。电子和管道系统的小型化使得在大部分系统中构建循环成为可能,从而减少了对一些故障的担忧。这种循环也增加了安全性,并可能增加太空行走的时间。
阿尔忒弥斯的宇航员需要比以往任何时候都更加灵活,因为他们的行动能力将得到增强。阿波罗任务中的宇航员蹦蹦跳跳的样子很有趣,但要在太空中来回走动所需要的体力,比NASA所希望的要大得多,因为他们的探险者距离地球有40万公里远。压力服是宇航服的人形部分,它能使宇航员活动自如,保护他们的身体不受外部环境的影响,包括极端温度、辐射、微流星体和降低的大气压力。压力服的主要部件是上半身、头盔、下半身和冷却服。
新的下半身包括先进的材料和关节轴承,允许弯曲和旋转的臀部,增加弯曲的膝盖,和徒步式的靴子与灵活的鞋底。在上半身,除了更新了肩膀的位置,其他部位的增强使宇航员可以更自由地活动手臂。阿波罗肩膀的灵活性是由织物上的褶皱和电缆滑轮提供的机械优势,使肩膀上下移动,但限制了旋转关节的能力。新的肩膀最大限度地减少所需的力量,以充分调动,并包括轴承,允许充分旋转的手臂从肩膀到手腕。
在头盔内部,NASA重新设计了通信系统。现在使用的宇航服上的头戴式耳机戴在头盔里会让人汗流浃背,很不舒服,而且麦克风并不能总是很好地跟踪宇航员的动作。新的音频系统包括多个内嵌在上半身的声控麦克风,当宇航员与同行的太空漫步者、在门户号空间站或休斯敦的任务控制中心交谈时,这些麦克风会自动接收宇航员的声音。
新宇航服设计有可互换的部件,可以在微重力环境或行星表面进行太空行走。同样的核心系统可以用于国际空间站、月球轨道的门户空间站、月球或火星。该宇航服可以根据火星环境的不同进行升级,包括在富含二氧化碳的大气中提供生命维持功能的附加技术,以及在火星冬季为宇航员保暖、防止夏季过热的改良外层服装。
改进后的宇航服设计的一个新特点是后入口舱口。宇航员将能够从宇航服的背部爬进宇航服,这使得坚硬的上半身肩部的元素比目前使用的宇航服靠得更近。改进的肩部位置增加了灵活性,同时也降低了肩膀受伤的风险。
下半身包括裤子和靴子,将从目前的宇航服进行修改,以适应部分重力条件下的移动,因为漂浮在太空中的宇航员几乎不需要像在行星表面行走或驾驶漫游者那样使用他们的腿或脚。
头盔也将有快速更换的防护面罩。透明的防护面罩是一种消耗式的防护物,可以保护受压的气泡不受行星体的磨蚀性污垢所造成的任何磨损或凹痕和划痕。快速更换功能意味着宇航员可以在太空行走之前或之后更换面罩,而不是将整个头盔送回地球修理。
在NASA约翰逊航天中心的人体测量和生物力学设施中,宇航员在进行太空行走期间的基本动作和姿势时要进行全身三维扫描。通过一个完整的3D动画模型,NASA可以将宇航员与模块化宇航服组件相匹配,这将提供最舒适和最广泛的运动范围,同时减少宇航服可能压在身体上的皮肤刺激的可能性。
太空旅行不适合胆小的人。尽管宇航服有了突飞猛进的发展,宇航员仍然必须在穿着自己的私人航天服的同时进行复杂的科学和操作活动。在地球上练习是有帮助的,但重力、压力和环境暴露的差异很难在地面上真正复制。
在2024年宇航员登上月球南极之前,美国宇航局将在国际空间站的太空飞行环境中测试新宇航服和它的几个组件,以确认整体性能。
作为阿尔忒弥斯3号任务的一部分,NASA准备在2024年制造并验证首次前往月球表面的宇航服。在“阿尔忒弥斯3号”之后,该机构计划将生产、组装、测试、维持和维护一系列飞行和训练太空服及其相关硬件的责任转移到美国工业界。
摘自:NASA
离中国情人节还有一个多星期。你准备好度过这个节日了吗?许多精彩的活动将在我们国家的许多地方举行!今天,边肖就给大家推荐几个不错的七夕活动!
深澳自行车星空隧道
深澳自行车道有新花样迎接暑假和七夕情人节。7-9月增加夜间作业时间。沿线特别打造了“爱”字灯雕、星光隧道、夜光花海,炫目的七彩灯光,营造出与白天完全不同的迷人景象。你可以和你的爱人在华丽的隧道里以缓慢的步伐度过一段梦幻而特别的旅程。
盖亚漂浮地球
台北信义区香堤大道上出现了一个相当引人注目的巨型地球装置。英国艺术家卢克杰拉姆(LukeJerram)获得了美国宇航局(NASA)对地球表面图像的授权,直径7米的盖亚(Gaia)是为了纪念人类登月50周年和发现25周年而创作的。盖亚地球展将于8/18举行,今年的七夕除了看夜景又有了新的选择。开灯的时候,和另一半合影,浪漫指数破表。
稻城情人节将于8月3日、8月4日在延平滨江公园举行,以“全民一起唱情歌”为主轴。黄品源、潘越云、茄子蛋等歌手和乐团将接力演绎经典情歌。每年演出的重头戏是璀璨的烟火表演,今年将持续8分钟,让观众仔细感受美丽的夏夜。此外,现场还会有一个爱心文创市场。请到夏海城的神祠由老人驻守。完成任务后有机会获得爱心漂流瓶和玫瑰盆栽。想填饱肚子也不用着急。胖卡和啤酒摊会满足你的味蕾~
新北嘉年华将于8/3、8/4在淡水渔人码头举行。YEATION有40个摊位的高品质特色餐厅,包括小吃、精酿啤酒、特色礼品和异国文化创意商品,以及何海音乐季的管弦乐表演和多项游乐设施。最大的亮点是第二天的七夕焰火表演,长约5分20秒,象征“我爱你”。异形烟花随着音乐的节奏变化,带给你。
当前位置八卦山的天桥长约一公里。为了响应七夕情人节,天桥上布置了灯光,沿途布置了诗人的诗词。银河光雕长廊因交通而生,被称为台湾最长的幸福鹊桥,成为新浪漫爱情的朝圣地。在点灯之前,我们还会为未婚男女举办一场特别的联谊活动,然后走在快乐的鹊桥上。人群给闪亮的天空轨迹增添了不同的心情。情侣出游,来八卦山千万不要错过!
八卦山天空步道-幸福鹊桥
台南七夕爱情嘉年华将于今年8月1日至8月18日举行。主视觉以星空为概念,推出爱情城、农历旧节、情侣聊天三大主题活动。爱情城以城为场,打造专属恋人的情感升温计划,营造甜蜜氛围;月老节通过跨文化活动推出一系列有趣的活动;情侣悄悄话以展览的形式呈现,感受城市里浪漫的爱情故事。用艺术装点爱情,让恋人满载而归。
边肖推荐的这些活动都很浪漫。如果你有时间,不妨来这些地方度过这个浪漫的七夕情人节!
百年未有的大变局,说得不仅仅是风云际会的国家关系,也暗指了 科技 大爆发背景下的“新航海时代”。与其说是航海时代,不如称之为太空时代会更加贴切一些。为了进入太空时代,人类已经展开了一系列航天计划,如登月计划、登陆火星计划、移民火星计划。
作为较为合适移民的火星,则更加受到人们的关注。那么,谁会是首个登上火星的人呢?
登陆火星是一个非常艰巨的任务,目前世界上最有希望实现载人登陆火星的,莫过于NASA。近日,NASA曝光了其亲选的火星宇航员——路易斯安那州18岁女高中生艾丽莎。
在艾丽莎3岁的时候,她就在动画片里看到了火星。从那时起,她决心放弃一切,一定要登上这颗火红美丽的星球。为了登陆火星,艾丽莎每天都要进行“特殊训练”。她不能谈恋爱,更不能结婚生子。从被选中的那一刻起,她就注定要把自己一生奉献给人类的火星事业。
按照计划,艾丽莎将会在2033年坐上载人飞船前往火星。如果一切顺利,她会在6、7个月的太空飞行后抵达火星。和登陆火星的毅力号、祝融号一样,她会经历“恐怖7分钟”,如果这个环节也没问题,她将成为首个登上火星的地球人。她独自在火星生活,可能永远都不能返回地球。对于一切可能发生的结果,她都早已经做好了心理准备。
如果NASA把一切都准备得足够好,那么艾丽莎面对的危机就只剩宇宙辐射。据《Science Advances》报道称,来自德国、法国、俄罗斯的11个星际宇航员因为滞留国际空间站171天。重返地球后这些宇航员被检测出许多病变。其中包括认知下降、视网膜出血、老化加速和大脑变化等。NASA宇航局太空微生物学家Choshua Mason在报告中表示:这些改变已经深入到脱氧核糖核酸层面,他们没有办法解决这些问题。
这些问题的出现,来自于他们滞留太空时经历的十余次“极光”。无数粒子穿透飞船,射穿了这些宇航员的身体。哪怕把双眼闭上,他们也能看到气势恢宏的极光穿过他们的身边。极光看起来美好浪漫,但它们却能够对人体造成不可逆的破坏。而宇宙辐射并不是宇航员的专属敌人,普通人在乘坐飞机进行飞行的时候,也会暴露在宇宙辐射中。一次从伦敦到墨尔本的飞行,其受到的辐射量相当于一次胸透。
面对气势汹汹的宇宙辐射,NASA并不完全是束手无策。来自哈佛大学的科研团队在一种 健康 因子的开发上获得了关键进展。他们发现补充 健康 因子的主要成分WLNAD,可以帮助修复受损的脱氧核糖核酸和减少延缓 健康 因子的老化速度。
在2017年NASA举办的iTech竞赛中,这种物质的发现者David Sinclair就率领团队在300个参赛项目中脱颖而出,WLNAD将会有望应用在为期4年的火星任务上。
“太空狂人”马斯克对NASA的解决方案不可置否,但他更倾向于与自己的解决方案:脑机接口技术。作为Space X的创始人,马斯克是为数不多的民企宇宙 探索 家。他计划在2050年前将一百万人送上火星,如果没有自己的一套方案,他的计划不过是一场“营销表演”。
他计划研究开发能够将人脑和电脑连接在一起的脑机,让人类从生物体蜕变到意识体。如此一来,人们就可以利用远程操控机器人来完成早期的火星 探索 。等到火星 探索 开发得差不多了,再利用升级过后的星舰将人类送上火星。
马斯克的想法无疑是美好的,但就目前的计算机技术和飞船技术,这个想法无异于天方夜谭。而NASA选择的方法就务实许多。经过数年发展,如今的WLNAD已经大规模应用于市场。越来越多的人接受和使用这种物质,就连马斯克的女友格莱姆斯都没逃过 “真香定律”。在国内,京-东也引入了备受欢迎的莱特维健WLNAD。
有了这项“法宝”,艾丽莎在火星之旅中面对宇宙辐射时,将不会再像她的前辈那样束手无策。也许再过一二十年,人们或许真的可以开启火星移民。不管怎么说,艾丽莎这种为科学奉献的精神,值得人们尊敬。
英雄之所以称之为英雄,并不在于人们歌颂的语言。而是在于他们始终以高度的事业心、自尊心,以及他们锲而不舍地对神奇美妙的宇宙进行 探索 的责任。加油艾丽莎!
继承航天飞机零件而诞生的,以月球和火星为目标的巨大火箭
美国国家航空航天局(NASA)在1969年实现了人类 历史 上首次载人登月。这一年的7月16日,承载着3名宇航员的巨大的 “土星V号” 火箭从 佛罗里达州 的 肯尼迪航天中心 起飞。4天后, 尼尔·阿姆斯特朗 和 巴兹·奥尔德林 在月球上迈出了一大步。
53年后的2022年3月18日——。在肯尼迪航天中心,NASA开发的新的巨大火箭出现了。它的名字叫 “太空发射系统(SLS)” 。这是一种火箭,目标是时隔半个世纪的载人月球探测,以及人类 历史 上首次的载人火星探测。
太空发射系统(SLS)是以载人月球和火星探测为目标,NASA和波音公司正在开发的火箭。
目前,NASA正在推进自阿波罗计划以来的载人探月计划“artemis(阿尔忒弥斯计划)”,并计划在2030年进行载人火星探测。而且,为了实现这两方面,还计划建设绕月载人据点“ Gateway ”。
在上述计划中,SLS是负责发射搭载宇航员的 “猎户座”宇宙飞船 和 “ Gateway ” 的各模块的重要火箭。
全长98米,直径84米,相当于30层建筑的巨大火箭,具有向地球低轨道发射95吨,向月球发射27吨的能力。这是一种让曾经在 阿波罗计划 中将人类送上月球的 “土星V号” 在现代复活的火箭。
但是,其结构与 “土星V号” 大不相同。SLS的机体和火箭发动机等,为了削减开发成本和时间,最大限度地利用了 航天飞机 的遗产。
SLS为2级,相当于第1级的核心级油箱几乎使用了航天飞机的外部油箱 (ET) 。发动机也配备了4台曾作为航天飞机主发动机使用的 “RS-25(SSME)” 。
在核心阶段的两侧配备了 固体火箭助推器 ,这也是航天飞机的 SRB 的补充和延长版。
另外,虽然目前只是被称为“Block 1(模块1)”的初期形态,但未来有计划通过改进助推器和第二级来逐步提高发射能力。
2004年,时任美国总统 布什 宣布的新太空政策 “太空 探索 愿景” ,该愿景规定了利用航天飞机的遗产开发新的载人月球火箭,由此 “航空航天” 被列入美国宇航局的 “ 星座 计划” 。名为“Airlies I”和“Airlies V”的火箭已经开始研制。但是,由于开发严重延迟,后来被下一任美国总统 奥巴马 改变,目的地从月球改为小行星。于是火箭的设计也被重新修改,重新开发了 SLS 。
之后,美国总统特朗普再次提出以月球为目标的方针,NASA据此启动了 阿尔忒弥斯计划 。拜登政府也继承了这一计划,并延续至今。
在奥巴马政府时期, SLS 原本计划在2017年进行无人飞行试验,但由于预算、开发和试验问题,以及新冠和飓风造成的设施受损等各种原因,一再延迟,不过这次终于完成了。
在位于佛罗里达州的NASA肯尼迪航天中心组装的 SLS 1号机 被放置在移动式发射台上,于北京时间3月18日5时47分从 VAB (Vehicle Assembly Building,组装楼)出发。
SLS的前端已经搭载了无人的 “猎户座”宇宙飞船 和可以互相配合的 超小型卫星 等。
发射台和火箭缓缓移动,在9小时28分后的18日17时15分抵达了距离 VAB 64公里的该中心39b发射设施。
对于 SLS 来说,下一关是被称为“ wet dress rehearsal ”的测试。这和实际发射一样,是向火箭贮箱中放入推进剂、倒计时、发射延期或中断时的应对方案,确认准备工作和步骤的预演。
今后,首先要确认 SLS 和其前端搭载的 猎户座宇宙飞船 ,以及地面系统,然后实施预演。目前该预演预定于美国当地时间4月3日举行。
NASA负责宇宙 探索 系统开发的副局长 汤姆·惠特梅耶尔 说:“SLS从组装舱露面,对该火箭和宇宙飞船来说是一个标志性的时刻,也是NASA重要的里程碑。”
“像这样第一次站在发射点上,我们就可以启动火箭系统,进行发射倒计时的预习,在火箭上填充推进剂,可以做好向月球发射猎户号宇宙飞船的准备”。
如果预演顺利完成, SLS 就会暂时返回 VAB(组装楼) 。然后,进行预演时使用的传感器的卸载、电池的再充电、物资的装载以及最终确认等,进入发射状态。
SLS的1号机飞行任务被称为“artemis I(阿尔忒弥斯 I)”。
在这次artemis I任务中,利用SLS发射了无人的 猎户座飞船 ,进入绕月轨道。在进行测试之后,返回地球。任务期间预计为4 ~ 6周,将测试SLS的性能和 猎户座飞船 能否承受地球和月球的往返飞行等。
猎户座在2014年也进行了无人驾驶试飞,但此时的服务舱等是未完成的原型,而这次 阿尔忒弥斯 I 将是第一次有完整的实机试飞。
另外,SLS还将搭载10颗来自美国国内外大学和研究机构的微型卫星,将其送入飞往月球的轨道。
如果 阿尔忒弥斯 I 成功的话,2024年以后将会有 阿尔忒弥斯 II 的计划。该任务将利用 SLS 发射首次由宇航员乘坐的 猎户座飞船 。 猎户座飞船 不会进入绕月轨道,而是在经过月球背面后掉头返回地球的“自由返回轨道”飞行。预计任务时间约为7天。
到了2025年,终于通过 阿尔忒弥斯 III ,人类在1972年阿波罗17任务之后,时隔半个多世纪再次登上月球。
另外, 阿波罗计划 全部着陆在月球正面,而 阿尔忒弥斯计划 降落在被认为有水的月球南极。在 阿尔忒弥斯的计划 中,计划中的 阿尔忒弥斯 III 之后继续 探索 月球表面,并以此水为资源,提取人类生命所必需的氧气,作为饮用水和生活用水。用作火箭和月球车的燃料。
为了持续的月球探测,从介于 阿尔忒弥斯 II 和 阿尔忒弥斯 III 之间的2024年秋天开始,也将开始建设绕月载人据点 “ Gateway ” 。 “ Gateway ” 是绕月飞行的空间站,乘坐 猎户座宇宙飞船 从地球来的宇航员首先进入 “ Gateway ” ,换乘登月舱,在月球表面着陆。探测活动结束后,返回 “ Gateway ” ,然后换乘 猎户座宇宙飞船 返回地球。通过持续地、轮换地进行这个流程,目标是让宇航员一直在月球上活动。
此外,在 “ Gateway ” 建设和物资补给等方面,还将利用民间火箭和补给船。除了已经与 埃隆·马斯克 领导的 “SpaceX” 签订了补给合同之外,登月舱也将由该公司开发。
然后,以月球及其周边为舞台,宇航员的宇宙长期停留,其他天体的探测,资源利用等,获得了很多的技术之后, 2030年进行载人火星探测 。
SLS将在肯尼迪航天中心39号发射基地发射,这里曾经是 土星V号 和航天飞机起飞的 历史 场所。开始建设是在1964年,完成是在1967年。
附近还有第 39a 发射设施,从登月的 阿波罗任务 开始,基本上使用的是 39a , 39b 是预备的。但是,在之后的 天空实验室 计划,以及与苏联共同实施的 阿波罗-联盟测试 计划中,作为 土星IB火箭 的发射场所活跃着。
1981年航天飞机投入使用后,在全部135次发射中承担了53次。虽然 39a 较多,但两个发射台都支持发射操作。之后,为了发射前面提到的 星座 计划 的火箭而进行了修改,也只在2009年进行了一次试验任务就受挫了。但是,它将重新成为 SLS 的发射设施。
在 星座 计划 的时候只进行了最低限度的修改,但是在SLS的发射上使用的时候,实施了彻底的修改。例如,将合计396km的铜线电缆置换为91km的光纤,将焊盘运用所需的系统置换为PLC(可编程逻辑控制器),为了消音而进行的洒水系统和为了逃避喷射的烟而进行的框架沟道(烟道)等,让1960年代的设备,变成了21世纪的设备。
此外,在无限轨道上运行的被称为 “履带式运输车” 的巨大车辆用于运输,是从 阿波罗计划 和 航天飞机 中使用的车辆改道而来,但在 2016 年进行了重大翻新,它被称为 “超级爬行者” 。VAB也基本上是一边挪用,一边改修为SLS用。
相反,移动式发射台几乎可以说是唯一为SLS而新造的发射台,但严格地说,移动式发射台是将 星座 计划 时建造的发射台进行了大幅强化。
继承了通过 阿波罗计划 将人送上月球,用航天飞机支撑国际宇宙空间站的建设和运用的 历史 和传统,通过技术革新脱胎换骨的发射设施。
自从几千年前我们的祖先开始研究夜空以来,人类一直渴望 探索 太空。人类在过去63年多的时间里所取得的成就需要无数人的奉献精神、毅力和想象力。虽然许多国家已经协助完成了地球大气层以外的几十项任务,但NASA无疑是当中占比最终的那个。
事实上,NASA成功地让宇航员在月球表面着陆、跟欧洲政府合作 探索 土星最大的卫星并开发了太空望远镜以捕捉宇宙的远方。虽然这份清单并不打算概述每一项重大成就,但它将为这个美国航天局自1958年成立以来所能取得的成就提供一些视角。
NASA的成立则是对前苏联成功发射人造卫星的回应,在接下来的十年中,NASA竞相将美国拉到了冷战对手的前面。多年来,在一些严重的悲剧中,近30名NASA的工作人员在不同的事件中丧生,但该航天局仍坚持不懈以继续为 探索 我们自己以外的世界铺平道路。
阿波罗11号登月
1962年9月12日,当约翰·肯尼迪总统在莱斯大学发表著名的《我们选择登月》演讲时,美国在太空竞赛中已经落后于苏联。为了提高公众和国会对增加NASA预算的支持,肯尼迪发表讲话--宣布美国将在十年结束前登陆月球。
阿波罗11号任务于1969年7月16日发射,载有宇航员尼尔·阿姆斯特朗、迈克尔·柯林斯和埃德温·奥尔德林。四天后的7月20日,奥尔德林和阿姆斯特朗通过登月舱在月球上着陆。他们一起在地球的月球表面停留了21小时36分钟。
阿波罗11号的三名机组成员于7月24日安全地降落在太平洋上。他们被接驳船USSHornet接走。
人类终于完成了一项以前只有想象力才能捕捉到的壮举。据估计,全世界共有65亿人观看了这一事件的直播,并由此创造了一个新的纪录,直到1981年查尔斯王子与戴安娜夫人结婚之前这一纪录都无法被超越。
旅行者1号
NASA的一些任务主要带来的是数据被传输了几年,另一些任务则在几十年内继续为科学家提供信息。旅行者1号及其姊妹飞船旅行者2号无疑是后者。旅行者1号于1977年9月5日首次发射,其主要任务是对土星和木星进行飞越并将图像传回地球供研究。44年多以后,这个航天器仍在太空中被推动,一直到2012年8月离开了我们的太阳系。时至今日,它仍在传输数据。
旅行者1号上有“金唱片”,其中包含了地球人用超过55种语言向未来的其他世界的人发出的问候。记录中还包含了从查克·贝瑞到贝多芬的音乐录音以及地球人的各种图像。
旅行者1号进行了许多观察进而帮助绘制了我们的太阳系。木星另外两颗卫星(Thebe和Metis)的发现、围绕木星的一个薄环以及土星五个新观察到的卫星改变了围绕我们太阳旋转的天体的已知构成。
哈勃太空望远镜
1990年,人们认识到捕捉远超地球上的望远镜所能达到的图像的能力。这一年的4月24日,哈勃太空望远镜通过“发现号”航天飞机发射进入轨道。在距离地球表面300多英里的轨道上,哈勃已经向地球传送了30多年的图像。
哈勃已经向地球人展示了我们肉眼所见之外的世界的美丽和浩瀚。海登天文馆馆长Neil deGrasse Tyson表示:“无论哈勃揭示了什么--行星、密集的星域、多彩的星际星云、致命的黑洞、优雅的星系碰撞、宇宙的大规模结构--每张都建立了你对宇宙的私人视野。”
哈勃之所以能够保持功能部分原因是各种服务任务使太空望远镜得到了维护和更新。据悉,最后一次维修任务是在2009年进行的。
火星探路者号
作为第一个登陆火星表面的机器人探测器,火星探路者号于1997年7月4日在红色星球的表面着陆。NASA还指出,火星探路者号远远超过了它的预期使用寿命,它向地球传输数据直到1997年9月27日。在此期间,超23亿比特的信息被传送回地球上的科学家,与此同时还有近17000张。
NASA公布了探路者号进行的另外15次单独的土壤测试的信息,其中对火星表面进行了分析。测试结果表明,火星表面曾经非常潮湿和温暖。对各种岩石的分析以及地球表面的风则有助于建立一个更好的风蚀影响地球的画面。
这个航天器由两部分组成:一个太空登陆器和一个漫游器。着陆器被命名为Carl Sagan纪念站,以纪念这位已故的著名天文学家。漫游车本身被命名为Sojourner,以19世纪废奴主义者和民权领袖Sojourner Truth命名。
国际空间站(ISS)
维持轨道空间站并不断为其配备人员的想法早在NASA的计划中就已酝酿。但这一梦想要经过多年的技术进步和国际合作才能成为现实。根据当时的总统罗纳德·里根的命令,NASA于1984年开始跟日本太空计划和欧洲航天局合作。等到1998年,这种合作将发展到包括俄罗斯的Roscosmos和加拿大航天局。
建造工程于1998年底开始,ISS于2000年首次被占用。此后,它一直被占用,有时只有三名船员在上面。
ISS继续成长,并且几乎一直在进行改进。虽然机组成员执行了这些职责的很大一部分,但他们还承担着实验和实验室研究的任务。这些结果将有助于引导人类朝着能够无限期地离开地球表面生活的方向发展。学习如何处理近乎失重、暴露于辐射和其他太空旅行的危险,是科学家在实现这一目标之前需要克服的部分问题。
截至2021年4月,来自九个国家的244人已经登上了ISS。
开普勒航天器
开普勒是2009年3月7日发射的一个轨道飞行器。这个航天器的主要目的是发现和观测在银河系内的系外行星。系外行星是对存在于太阳系之外的行星体的称呼,开普勒可以通过对遥远的恒星进行观测来探测。开普勒通过观察恒星以查看它们发出的光线是否有下降。唯一大到足以导致恒星光线明显下降的天体则是一颗绕行的行星。
开普勒被设计用来监测超过10万颗恒星是否存在系外行星,其最终发现了2600多颗系外行星。开普勒在2018年10月停止向地球传输信息,其总共运转了经过九年多的时间。
开普勒航天器的遗产则是被绘制出来的系外行星的巨大数量以及它有助于向科学家展示我们银河系内还有多少行星体的知识。
自由7号任务
前苏联不仅在1957年成功发射了第一颗卫星进入轨道而且还在将人送入轨道方面击败了美国。正如Space所指出的,1961年4月12日,宇航员尤里·加加林在“东方一号”上绕地球飞行了108分钟。对于NASA来说自然不想落后苏联太多,于是它招募了美国海军试飞员艾伦·谢泼德,使其成为第一个被送入轨道的NASA宇航员。1961年5月5日,他被送上水星舱(被称为“自由7号”)进入太空。
虽然在亚轨道上旅行的时间比他的苏联宇航员同行要短,但谢泼德作为第一个这样做的美国人被载入了 历史 。这振奋了美国人民的精神,因为他们看到美国仍有能力在太空竞赛中跟苏联人竞争。
谢泼德成为美国国家航空航天局的重要人物,并最终在1971年的阿波罗14号任务中在月球表面行走。
阿波罗8号
在NASA尝试人类登月之前,它需要证明这样做是安全的。在地球上进行的模拟只能显示这么多,而来自这些努力的数据和预测真的不能说明真正的月球着陆是什么样子。这就是阿波罗8号任务开始发挥作用的地方。
这次阿波罗任务于1968年12月21日发射到太空,其搭载了三名船员,即宇航员Frank Borman、James A Lovell和William A Anders。这是第一个搭乘火箭离开的载人飞船,也是第一个从远处观察地球的飞船。
根据史密森尼航空和航天局的说法,阿波罗8号的目的是携带机组人员前往月球并返回,但不在月球表面降落。为了进行真正的登月,首先要确定阿波罗计划不仅能够到达月球而且能够成功地绕过这个天体。
顺便说一句,阿波罗8号上的宇航员是第一个从月球轨道上拍摄地球图像的人。他们令人惊叹的照片至今仍在广泛流传。
探险者1号
如上所述,前苏联政府于1957年10月4日成功发射了Sputnik太空卫星,这使得美国政府陷入恐慌。由于知道苏联人也有核战争的能力,美国政府官员预见到了一个噩梦般的场景,他们的冷战敌人将主宰夜空并迫使美国任其摆布。
美国陆军弹道导弹局没有浪费任何时间,其通过木星火箭将卫星送入轨道。1958年1月31日,探险者1号被发射。这颗卫星在1970年3月31日坠入地球大气层之前围绕地球运行了58,000多次。
随着探险者1号的成功,太空竞赛步入了高潮。美国政府立即建造了更多的探险者号卫星,在1958年全年尝试了四次后续发射。在总共发射的五颗探险者号中,只有三颗离开了地球的大气层。
钱德拉X射线观测站
钱德拉X射线天文台是在1999年7月23日发射的。由于地球本身会吸收进入其大气层的X射线,因此钱德拉需要被发射并位于地球轨道之外。在成功发射后,钱德拉因成为世界上最强大的望远镜而闻名。
NASA发射了钱德拉X射线天文台以探测和观察来自宇宙中一些最热事件的X射线发射。根据钱德拉的说法,这包括从已经爆炸的恒星、黑洞周围区域和星系团中收集数据。
机上有四面敏感的镜子,它们将X射线从一个光学平台上反弹下来。这个天文台捕捉到的图像包括银河系中心的一个黑洞、暗物质跟正常物质的分离以及黑洞周围的区域。钱德拉还能探测到整个宇宙的黑洞,进而帮助科学家开始绘制出肉眼之外的浩瀚世界。
航天飞机
由于一次性使用火箭的相关费用对美联邦政府的预算造成了影响,于是NASA的科学家们开始设想一种可重复使用的飞船,它可以将宇航员安全地送入和送出太空。据Spaceline报道,设计者在1969年底提出了他们的原始航天飞机计划,NASA希望最迟在1977年实现成功发射。
历史 告诉我们,NASA的预测有些偏差。第一次成功的航天飞机发射发生在1981年4月12日。在这一天,宇航员John Young和Robert Crippen乘坐哥伦比亚号航天飞机被送入太空。这次任务标志着这架特殊航天飞机的第一次,直到几十年后灾难降临。2003年2月1日,哥伦比亚号在重新进入地球大气层时解体,飞船上的七名宇航员全部遇难。
在所谓的“航天飞机时代”的过程中,NASA成功发射了五架航天飞机进入太空。在这五架航天飞机之间共执行了135次航天飞机任务、搭载了833名不同的机组成员。航天飞机计划于2011年正式结束。
维京一号
1976年7月20日是NASA首次成功将航天器降落在火星上的日子。在前苏联几次尝试在红色星球上降落探测器失败后,NASA的着陆使探测器可以传输90天的数据。然而维京号探测器却能捕捉火星图像近6年时间。
在1982年传输结束之前,维京1号能将超过52,000张图像送回地球供科学家研究。另外,它还成功地收集和分析了火星的土壤样本,其结果仍在分析中。科学家们希望这些照片能让人们看到人类如何能够融入红色星球上的生活,特别是强调如何能够可持续地种植食物。
复杂的仪器还能够记录该星球表面在白天和夜晚不同时间的温度。这些数据跟其他材料一起被用来帮助确定未来如何安全地将人类宇航员送往火星。
卡西尼-惠更斯计划
卡西尼-惠更斯计划表明,当不同的空间机构汇集他们的资源和知识来推动人类在空间 探索 时代的发展时可以取得什么样的成就。这项工作的任务是 探索 土星及其卫星,由欧洲航天局、NASA和意大利政府的意大利航天局合作完成。卡西尼-惠更斯计划的重点是泰坦卫星,特别是它的开发是为了希望发现这个卫星的大气层中正在发生什么化学反应以及确定泰坦上丰富的甲烷的来源。
这项任务由两个独立的航天器组成,即卡西尼号轨道器和惠更斯号探测器。卡西尼号的建造是为了持续围绕土星运行,而探测器将从卡西尼号上发射以便它能在土卫六上降落。
总的来说,这项任务的结构是使卡西尼号轨道器和惠更斯探测器能进行27项单独的科学调查。当惠更斯探测器在2005年安全降落在土卫六表面时,科学家们了解到该月球的表面具有湿沙的一致性并且由微小的冰卵石组成。探测器还在地面上检测到了二氧化碳,而这在土卫六的大气中是没有的。
卡西尼号继续围绕土星运行,直到2017年9月,它以坠入土星大气层并解体的方式结束了任务。
朱诺号航天器
了解可能是我们太阳系中最古老的行星的形成对于了解我们自己的行星是如何形成的非常关键。木星被认为是在我们的太阳刚刚诞生的时候开始的,它是在大量的灰尘和气体形成一个巨大的球体时形成的。
朱诺号航天器于2011年8月5日发射,旨在为NASA的科学家提供迄今为止对木星最深入的研究。这项任务是希望能更多地了解木星的起源、大气、内部和磁层。虽然木星被观察到是一个气态的球体,但人们认为它有一个稳定和坚实的核心。根据NASA的说法,测试这一理论是该航天器任务的一个额外目标。
正如NASA所描述的并跟Physorg分享的那样,这个航天器是为了抵御从木星发出的大量辐射而建造的。当它一直围绕着这颗太阳系最大的行星运行时,朱诺号已经观察到从未见过的低空闪电并在木星的赤道附近探测到水。
斯皮策太空望远镜
2003年8月发射的斯皮策太空望远镜成功地成为第一个捕捉到位于我们太阳系之外的行星照片的天文台。这些行星被称为太阳系外行星,在这次任务之前,人们无法捕捉到这些天体的图像。斯皮策能发现离地球最远的行星,它围绕着近13,000光年外的一颗恒星运行。这个望远镜还能捕捉到一个以前不为人知的土星环--一个由七颗类似地球的行星组成的围绕着一颗遥远的恒星旋转的星团--并且向NASA展示了宇宙中最遥远星系的存在。
斯皮策发射拍摄的图像令人叹为观止。自2003年以来,科学家们已经能够研究显示一些太阳系外行星天气状况的详细照片以及其他行星上水蒸气的照片证明。
原本打算为期两年半的任务现在已经远远超出了NASA的预期。它仍在轨道上运行并继续发送太阳系外天体的照片--一直到2020年1月30日这个项目的资金结束为止。
美国宇航局花费了十多年的时间为重返月球建造了一个新的巨型火箭,这艘30 层高的火箭终于准备好在周四晚上驶向发射台。
太空发射系统 (SLS) 由一个巨大的核心级组成,该级具有四个 汽车 大小的发动机、两个绑在其侧面的火箭助推器,以及一个固定在其顶部的猎户座宇宙飞船。这是美国宇航局新的阿尔忒弥斯月球计划的基石。
SLS 计划自 1972 年以来首次将宇航员送上月球,使用 SpaceX 的星际飞船作为其月球着陆器。最终,NASA 计划在月球表面建立一个基地。
但首先,NASA 必须证明 SLS 可以飞行。既然火箭的第一次迭代,称为阿尔忒弥斯一号,已经完全堆叠并经过全面测试,美国宇航局正在将其从其车辆装配大楼推出到佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心的发射台。
“这对这辆车来说真的是一个标志性的时刻,”美国宇航局 探索 系统开发副署长汤姆惠特迈尔在周一的新闻发布会上说。
美国国家航空航天局将在美国东部时间下午 5 点(世界标准时间 2100 点)开始的现场直播中首次分享高耸的火箭离开其装配大楼的景象,在下面嵌入的视频中。那是火箭计划开始移动的时间。
一辆履带式运输车在车辆装配大楼准备就绪,它将把火箭直立运送 4 英里(6 公里)到发射台。50 多年来,这种履带式履带一直将火箭运送到发射台,但它进行了重大升级和新的重量测试,以确保它可以运送庞然大物阿尔忒弥斯一号。
“这将是一个美妙的景象,当我们看到令人惊叹的 Artemis 车辆越过 VAB 的门槛时,我们第一次在大楼外面看到它,我认为这真的会令人叹为观止,” Artemis 发射总监 Charlie Blackwell-Thompson 在简报中说。
美国宇航局预计推出需要 6 到 12 个小时。
在发射台,阿耳忒弥斯一号火箭将进行湿装彩排,发射控制员练习为火箭装载燃料的 8 小时过程,并一直倒计时到发射前 10 秒,然后停止并清空油箱 该测试定于4月3日进行。
如果进展顺利,NASA 计划最早在 6 月启动引擎并将阿尔忒弥斯一号送入太空。
第一个任务旨在将猎户座宇宙飞船送回月球并在没有人类的情况下返回地球。如果进展顺利,下一次 SLS 任务将在同一个环形交叉路口搭载宇航员。
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