美国的重返月球计划

兰顺正

8月29日、9月4日，美国宇航局（NASA）登月项目“阿尔忒弥斯”（Artemis）计划第一阶段首次无人试飞飞船“阿尔忒弥斯”发射升空的安排连续两次因技术和天气原因推迟，令关注人类外空探索的航天迷们甚感失望。不过，发射延迟也使“阿尔忒弥斯”这一规模宏大的重返月球计划受到更多关注。

美国的“重返月球”计划

早在小布什执政时期，美国就打算“重返月球”。2005年9月14日，美国航空航天局向白宫提交了旨在重返月球的“星座”计划。奥巴马上台以后，一度放弃了“重返月球”计划。2017年12月，时任美国总统特朗普签署“1号太空政策指令”，宣布美国宇航员将重返月球并最终前往火星，该指令也催生了NASA的“阿尔忒弥斯”计划。

这个项目由NASA主导，美国多家商业航天企业以及国际合作伙伴参与，国际伙伴包括欧洲、日本、加拿大、意大利、澳大利亚、英国、阿联酋等国家和地区的航天机构。

“阿尔忒弥斯”计划分两个阶段实施。第一阶段从2019年到2024年，科学目标是通过登月飞船试验和对月球的无人探测等准备工作，在2024年实现载人飞船在月球南极着陆。第二阶段从2025年到2030年，完善建设月球轨道空间站和月球基地，实现人在月球上长期驻留，并完成一系列科学考察和试验任务。美国还希望以“阿尔忒弥斯”计划为基础，于2035年前后在月球上建造一个可长期有人照料的大型基地，并以该基地为跳板，实现将人类送上火星的总目标。

登月发射又分为“阿尔忒弥斯”1号、2号、3号任务。1号任务为无人实验飞船，2号任务为载人环月飞行，3号任务为在月球南极载人登陆。2020年NASA发布了计划大纲，定于2021年执行1号任务，2023年执行2号任务，2024年实施3号任务。但由于新冠疫情等多方面原因，1号任务推迟到今年才执行，这样2号、3号任务也会相应推迟，载人登陆月球南极要到2025年以后才能实现。

“阿尔忒弥斯”的船与箭

“阿尔忒弥斯”计划的关键，是“太空发射系统”（Space Launch System，SLS）火箭和“猎户座”（Orion）飞船。

SLS是NASA在2011年推出的新型重型运载器。在“阿尔忒弥斯”计划中，该型太空发射系统号称“史上最强运载火箭系统”。SLS火箭为深空任务而设计，可以一次性将Orion飞船及其航天员和大型货物送上月球，还可以飞往月球、火星、土星和木星等地执行无人科学任务。SLS火箭可推动Orion达到前往月球所需的至少约每小时40000公里的速度。每型SLS火箭芯级都配置4个RS-25发动机。

首枚SLS火箭，即Block1构型，将用于执行“阿尔忒弥斯” 1号任务，低轨运力95t，可运送超过26t载荷到达月球轨道。它带有两个五段固体火箭助推器，进入太空后临时低温推进级（ICPS）负责将Orion送往月球。SLSB lock1火箭下一个构型是Block1B载人火箭，将使用更强大的探索上面级（EUS），低轨运力105t，可运送约37t载荷前往月球。

后续的SLS Block2火箭将使用改进的助推器和发动机，低轨运力130t，可向月球提供超过45t的有效载荷。不过也有观点认为，SLS是保守过时的产物，因为该系统是一种从航天飞机演变而来的重型运载火箭，在初步设计中航天飞机主发动机和航天飞机固态助推器都会被作为计划的一部分。8月底首飞的SLS搭载有三个装着仪器的人体模型，另外还有10颗立方体卫星同行，这些卫星每颗约为一个公文包大小，可用于探测月球、小行星和深空辐射环境。

2022年6月6日，“阿尔忒弥斯1号”运抵美国佛罗里达州肯尼迪航天中心发射台。

Orion飞船每次最多可运送4名航天员及所需物品在太空工作长达21天。飞船由乘员舱、发射中止系统（LAS）、服务舱等组成，发射时总质量约35t。航天员任务期间在乘员舱里生活和工作。LAS安装在Orion顶部，发生紧急情况时可在几毫秒内将乘员舱推离火箭。服务舱为乘员舱提供能量和生命支持，以及太空中推力。据悉Orion上运行软件的计算机每秒可以处理4.8亿条指令。

登月中转站与着陆器

在“阿尔忒弥斯”计划中，实现载人登月之前，美国将先建立一个被称作“门户”（Gateway）的月球轨道空间站。该空间站将会设立多个与飞船连接的对接口，甚至还会设立一个可供宇航员休息与“候船”的载人舱，可被看作宇航员往返月地之间的中转站。美国马克萨尔科技公司已经为“门户”空间站建造了一座功率为50千瓦的高功率太阳能驱动器，作为月球轨道空间站的动力系统和驱动装置。

据NASA透露，“深空之门”将会在2023年开建，2026年建成。“门户”项目延续了国际空间站的合作模式，依然由美国主导、16个国家参与，包括俄罗斯、日本、加拿大、巴西和11个欧洲航天局成员国。不过，由于俄罗斯近来与欧美国家的关系降至冰点，未来是否继续参与就不得而知了。

而在登月着陆器方面，包括太空探索技术公司、蓝色起源公司和航天动力公司等民间航天企业都参与了竞标，最终太空探索技术公司中标，获得了价值29亿美元的着陆器建造协议。有消息称，马斯克的太空探索技術公司（SpaceX）的“龙飞船”将作为地球到月球空间站之间的“货物公交车”，而SpaceX的巨型星舰将作为登月舱，从作为中转站的门户空间站接送往来月球表面的人员和货物，这也意味着执行将宇航员运送上月球任务的Orion飞船，不再需要携带登月舱，而只需将人和货物运送到漂浮在月球轨道的门户空间站即可。

有分析认为，“阿尔忒弥斯”计划之所以将月球南极作为重点，是因为最近几年的月球探索发现，在月球的南、北极地区可能存储着大约4.5亿吨固态水。这一情况如果属实的话，在附近地区建立月球基地的美国宇航员便可就近采集冰块，解决生活用水问题，对人类长期在月球基地停留会是个重大利好因素，条件成熟后还可利用这些冰块制造液氢和液氧，为将来更多、更宏伟的深空探索任务提供燃料。

“阿尔忒弥斯”计划还有许多细节问题仍在研发改进，包括舱外活动装置、宇航服的设计制造，等等，存在很多变数，“太空发射系统”火箭和“猎户座”飞船首发试飞的暂时遇挫使得美国确保在2025年前把自己的宇航员再次送上月球的目标进一步受到削弱。