蓝色起源(Blue Origin)的“新格伦”(New Glenn)火箭已经滚入36号发射场,为本周末的发射做准备。因天气恶劣、邮轮误入发射禁区及地面系统问题,公司取消了周日的发射计划,并表示下一个可行窗口将在11月12日星期三,美国东部时间下午2点50分(协调世界时19:50)开启。
佛罗里达州卡纳维拉尔角——轨道动力学(astrodynamics)并非魔法学科,但有时轨迹分析师的计算成果,确实像是“从帽子里变出奇迹”。正是这种科学与创造的结合,挽救了NASA的“ESCAPADE”火星任务,使其免于漫长延迟甚至被取消。
任务概述:从险境到新路径
ESCAPADE,全称“逃逸与等离子体加速和动力学探测器”(Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers),由两颗相同的探测器组成,计划最早于本周日搭乘蓝色起源公司的大型“新格伦”火箭奔赴火星。
来自加州大学伯克利分校的项目首席研究员罗布·利利斯(Rob Lillis)表示:“ESCAPADE正在采用一种极为独特的轨道前往火星。我们这次的发射并不在传统的霍曼转移窗口(Hohmann transfer windows)内——那种窗口大约每25至26个月出现一次。任务采用了一种灵活的设计方案:先进入地球附近的等待轨道,直到明年11月地球与火星重新排成合适角度,再进行火星转移。”
这并非最初方案。任务原本打算直接从地球飞往火星,航程约需六到九个月。但如今,ESCAPADE将在火星位于太阳系另一侧、距离地球超过2.2亿英里时起飞。
延期与转机:错过窗口,但计划依旧
上一次火星发射窗口已在去年结束,下一次要等到2026年底。行星尚未排位合适,而火箭与卫星的准备工作也直到本周末才同步完成。然而,对NASA而言,这一切问题并不致命。
“新格伦”火箭的推力对于这次任务来说绰绰有余。其两级设计原本能将数吨货物送往火星,而ESCAPADE仅重约一吨,由两颗小型探测器组成,用于研究火星高层大气与太阳风的相互作用。
NASA从蓝色起源公司获得了极具性价比的发射合同——约2,000万美元,低于任何其他能执行该任务的火箭报价。作为交换,NASA接受了较高的发射风险:毕竟,这是“新格伦”火箭的第二次飞行,其尚未获得NASA或美国太空军的正式认证。
ESCAPADE本身预算也相对低廉——总成本不到8,000万美元,仅为NASA以往火星任务预算的十分之一。NASA当然不会让一枚未经验证的火箭运送价值数十亿美元的探测器,但在风险与成本平衡的前提下,ESCAPADE成为理想选择。
NASA在2023年与蓝色起源签订发射合同时,并未预料到“新格伦”会延误。首飞直到2025年1月才完成——虽成功入轨,但回收失败。经过十个月改进后,第二枚火箭终于准备就绪。
准备发射:再度挑战蓝天
目前,火箭已静候在卡纳维拉尔角太空军基地。若进展顺利,“新格伦”将在周日下午的88分钟发射窗口内升空。蓝色起源预测,天气适宜概率约为65%。
由发射总监梅根·刘易斯(Megan Lewis)带领的团队将在发射日监督整个倒计时流程。液态甲烷与液态氧将在起飞前4.5小时开始加注。终端倒计时将在T-4分钟启动,七台BE-4主发动机将在T-5.6秒点火。系统检测一切正常后,火箭将脱离固定装置,腾空而起。
火箭将在一分钟后突破音障,三分钟后分离第一级。上级两台BE-3U氢氧发动机点火,将ESCAPADE送往月球外侧的L2拉格朗日点,在那里进入等待火星转移的“驻留轨道”(loiter orbit)。
与此同时,近20层楼高的第一级助推器将尝试回收着陆——目标是大西洋回收船“Jacklyn”,以纪念贝索斯的已故母亲。
首飞时助推器坠海未能复用。蓝色起源副总裁劳拉·马吉尼斯(Laura Maginnis)表示:“我们对推进剂管理系统进行了多项改进,并增加了硬件冗余,以提高着陆成功率。”公司计划若成功着陆,将在明年初的第三次发射中重复使用此助推器。
奇特的轨迹:像肾形豆的路径
ESCAPADE的飞行路径相对地球而言呈现出一种“肾形曲线”,这类轨迹被称为“平动(libration)轨道”或“分段(staging)轨道”,能在地月系统外保持稳定,同时等待前往火星的最佳时机。
来自Advanced Space公司的任务设计师杰夫·帕克(Jeff Parker)解释道:“我们可以几乎在任何一天发射。肾形轨迹的大小会根据等待时间而调整。最后我们会绕地球进行一个小回环,随后再点火前往火星。”
两颗探测器——代号“蓝号”(Blue)与“金号”(Gold)——将在2026年11月7日与9日经过地球上空几百英里时启动主发动机,正式踏上前往火星的征途。
风险与创新:灵活的新方法
这种非典型轨道设计虽具风险,却展示了未来深空任务的灵活潜力。更长的驻留时间将使卫星暴露于更高辐射环境,同时也会消耗更多推进剂。但ESCAPADE由火箭实验室(Rocket Lab)制造,本身具备较强机动与冗余设计。火箭实验室战略副总裁理查德·弗伦奇(Richard French)指出:“NASA认为风险在可接受范围内,但确实高于常规任务。”
罗布·利利斯补充说:“这种方法展示了前往火星的全新可能。未来如果我们想一次发射上百颗探测器,就无法在短短一个月的发射窗口内完成。ESCAPADE的方案提供了新的‘排队’方式——让更多任务分批进入等待轨道,再统一启程前往火星。”
这场由轨道力学“魔法”拯救的任务,正以一种创新而务实的姿态,开启火星探测的新篇章。