半个世纪后，重返月球？

　　当地时间4月3日，美国宇航局（NASA）公布了＂阿尔忒弥斯2号＂计划宇航员机组名单。据悉，此次任务为载人绕月任务，将于2024年11月开始，历时约10天，共有4名宇航员，其中3名来自美国，1名来自加拿大。这批人员有希望成为阿波罗计划后第一批飞往月球的人。
　　如果此次任务成功，NASA预计将于2025年11月进行载人登月。
　　就在去年12月11日上午9时40分（当地时间），＂猎户座＂飞船完成25.5天的绕月之旅，安全降落在加利福尼亚西部的海面，顺利完成＂阿尔忒弥斯1号＂无人测试任务，也标志着美国迈出重返月球的第一步。
　　阿尔忒弥斯计划到底是什么？美国为何要重返月球？与阿波罗计划相比，它有哪些不同？
　　文丨田硕 瞭望智库观察员
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　　1 新世纪，新计划，以失败告终
　　1972年12月14日，＂阿波罗17号＂宇航员吉恩·塞尔南和哈里森·施密特离开月球表面。当返回地球时，他们可能不会想到，此后半个多世纪人类再未踏足月球。人类最远的活动范围也从38万公里外的月球回撤到了400公里左右高的空间站，太空活动以近地为主。
　　国际空间站。
　　步入21世纪，NASA将重心放在了建设近地轨道的国际空间站，其他深空探索计划少之又少。2003年2月1日，美国＂哥伦比亚＂号航天飞机在返回地面的途中解体，7名宇航员全部遇难。事故发生后，美国国内关于航天飞机技术路线是否正确、NASA的权责如何划定等问题争议颇大。
　　2004年1月13日，时任美国总统小布什推出＂空间探索愿景＂的一揽子计划。计划中比较重要的一项就是＂星座计划＂，有意最早于2015年，最晚不超过2020年把美国宇航员重新送上月球，并且建立＂前哨基地＂，为下一步把人类送上火星做准备。
　　然而，这一计划耗资巨大并且进度缓慢，不具有可持续性，加之次贷危机的压力，时任总统奥巴马于2010年初取消了星座计划，仅保留了猎户座载人飞船及太空发射系统超重型运载火箭等项目。2010年10月11日，美国国会通过了《2010年美国宇航局授权法案》，正式取消了星座计划，但是这份法案也为该局的后星座时代铺好了路，为其提出了许多指导性的目标。 NASA转而关注发展商业太空飞行。
　　太空专家约翰·洛格斯登（John Logsdon）评论，重返月球计划终结不意味着美国太空雄心的结束。＂尽管‘星座计划’已经死亡，但这不意味着太空探索也死了。＂他说，NASA可能开始与私人部门和国际伙伴的合作，着眼于2020年以后国际空间站的未来。2 ＂阿尔忒弥斯＂的诞生
　　2017年6月3日，时任美国总统特朗普签署行政令，重组美国国家太空委员会。同年12月11日在阿波罗17号最后一次登陆月球45周年纪念日上，特朗普签署《1号太空政策指令》（SPD-1），更改了NASA未来的方针，把NASA从近地轨道上的后勤活动中解放出来，代之以＂重新聚焦太空探索和载人探测＂。 这个指令终止了载人登陆小行星计划，定下了美国重返月球的基调，并将最终目标设立为在火星建立基地。
　　2019年3月26日，时任美国副总统彭斯宣布载人登月时间将提前至2024年，并在2020财年预赛修正案中，将预算在最初批复的210亿美元基础上增加了16亿美元。
　　同年5月14日，时任NASA局长吉姆·布里登斯汀宣布登月计划以希腊神话中阿波罗的孪生姐姐、月亮女神阿尔忒弥斯命名。7月20日，阿尔忒弥斯计划的标志图案对外公布。
　　2020年4月2日，NASA正式公布了阿尔忒弥斯计划的任务目标、实施步骤，标志着该计划全面启动实施。4月6日，特朗普签署《关于鼓励国际支持回收和利用太空资源的行政令》，为美国开发利用包括月球在内的太空资源提供政策支持。
　　同年5月，NASA公布了《阿尔忒弥斯协定》（Artemis Accords），对如何探索月球制定了新的标准，并希望有兴趣参与计划的国家能够在此框架下进行谈判，这引发了诸多争议。随着阿尔忒弥斯协定签署国的增加，以美国为中心的一个朋友圈也在逐渐扩大。该协议的政治因素也日益浓重。截至2022年12月13日，协定成员国已扩大至23个。
　　3 三步走
　　阿尔忒弥斯计划规模庞大，任务相当密集，最初规划是在2030年前进行11次发射任务。 计划分两个阶段，第一阶段要求在2024年前实现在月球南极登陆。第二阶段是要在2030年前实现在月球的长期驻留，建设月球基地。 长期愿景则是以月球为基地，进行载人登陆火星。
　　第一阶段总共分三步，第一步由＂太空发射系统＂（Space Launch System, SLS）Block 1型号火箭搭载＂猎户座＂载人飞船来执行＂阿尔忒弥斯1号＂任务，即无人绕月测试飞行。这次发射任务的主要目标是测试航天器的可靠性与安全性。
　　虽然没有搭载宇航员，但＂猎户座＂飞船计划搭载四名特殊乘客：三个负责检测太空辐射的人偶和一个充当零重力指示器的史努比毛绒玩具。其中，有两个人偶Helga和Zohar是模仿人体骨骼、软组织和成年女性的内脏器官制成。＂她们＂身上携带传感器，可以绘制整个身体的辐射暴露水平。Zohar将穿上防辐射背心，为之后参与阿尔忒弥斯任务的宇航员，尤其是第一名登月的女性进行防护测试。此外，此次任务还将携带10颗立方星至地月转移轨道进行各种探测。
　　＂阿尔忒弥斯1号＂历经多年波折，计划原定于2017年执行，由于＂猎户座＂飞船设计改进而被推迟到2019年末，后又因为疫情等其他原因一直推迟到2022年5月份发射。之后，又因为多次遭受雷击、液氢泄漏、传感器异常、碰上热带风暴等因素，发射时间不断延后。直到2022年11月16日，＂太空发射系统＂才携带着＂猎户座＂飞船从肯尼迪航天中心LC-39B号发射台成功发射。12月11日，＂猎户座＂飞船成功在美国西海岸附近的太平洋上降落。
　　SLS是NASA有史以来开发的最强大的火箭之一，高98米，直径15.8米，重2605吨，可以将27吨的有效载荷送上月球或95吨有效载荷运至近地轨道。SLS是由航天飞机演变而来的超重型运载火箭，也是＂星座计划＂的遗产之一。
　　在过去十年间，火箭设计方案经过数次调整，目前共有三个构型：第一个版本的Block 1、第二个版本的Block 1B、第三个版本的Block 2。每一种都可以分为载人版和货运版。Block 1B的近地轨道运载能力为105吨，地月转移轨道有效载荷达到42吨。在Block 1B构型的基础上，通过换装更先进的助推器形成的Block 2构型，将实现130吨的近地轨道运载能力及46吨的地月转移运载能力。
　　其中，Block 1火箭用于执行前三次阿尔忒弥斯任务，后续五次采用运力更强的Block 1B版本，最终迭代到运力最强的Block 2版本。这三个版本的火箭采用相同的芯级结构，不同之处在于上级火箭和固体火箭助推器的升级。
　　第二步即＂阿尔忒弥斯2号＂任务，也是＂猎户座＂飞船的首次载人飞行任务，计划由Block 1在2024年11月发射，4名成员将对系统进行各种测试，为接下来的＂阿尔忒弥斯3号＂任务做铺垫。这是自1972年阿波罗17号以来首次载人飞离近地轨道的飞行任务。
　　第一阶段的最后一步即第三步，也就是＂阿尔忒弥斯3号＂任务，计划于2025年11月发射，也是自1972年阿波罗17号以来首次再度登陆月球的任务。该任务计划将第一位女性和第一位有色人种送上月球南极。
　　【注：把登陆点设置在月球南极，是因为月球南极存在水资源，有了水，就可以通过电解获得氧气和氢气，从而帮助宇航员在月球生存更长时间。科学家在对月球南极地形、通信情况、照明条件、科学价值等等进行分析后，最终将登陆地确定为月球南极附近。】
　　NASA公布的位于月球南极附近的13个潜在的载人登月区域。
　　此次任务主要有三阶段发射，第一阶段是将美国太空探索技术公司（SpaceX）的一艘星舰发射到轨道上作为＂加油站＂，然后依次发射4艘星舰到轨道上给＂加油站＂加满燃料；第二阶段发射SpaceX的＂星舰载人着陆系统＂（Human Landing System, HLS）与＂加油站＂对接补充燃料，然后飞往环月轨道；第三阶段发射则是由Block 1将携带有4名宇航员的＂猎户座＂飞船运送至近月轨道与HLS对接。2名宇航员从＂猎户座＂转移至HLS进行登月和返回，2名宇航员驻守在飞船里。待登陆的2名宇航员从月球表面返回后，4人再一起乘＂猎户座＂返回。
　　重返月球只是第一步。 就在11月16日Block 1发射的当天，NASA与SpaceX签订了价值11.5亿美元的合同。这份第二次载人登月的合同指定的就是＂阿尔忒弥斯4号＂任务，要在2027年执行。此次任务有两个重大看点，第一个就是Block 1B的首次亮相，第二个就是发射月球空间站＂门户＂（Gateway）的国际居住模块（I-HAB）至月球附近的＂近直线光环轨道＂（near-rectilinear halo orbit, NRHO）。
　　【注：＂近直线光环轨道＂，也称＂近直线晕轨道＂。两个天体之间有5个拉格朗日平衡点，分别为L1-L5，物体处于这5个点时受到的各种作用力会达到平衡，几乎不需要维持便可相对于两个天体处于固定的位置。＂门户＂空间站就是围绕地月L2点做公转。这样只需要消耗少量燃料的代价，就可以让航天器长久地保持在L2点附近。这种围绕L2点运行的轨道，从地球上的角度看，航天器的运行轨迹就像＂光晕＂一样，轨道由此得名。
　　晕轨道种类不少，航天器可以根据任务需求专门设定。比较著名的＂晕轨道＂就是鹊桥中继星使用的＂利萨如轨道＂。NASA为月球空间站的轨道选择提出了几大要求：1. 方便登月；2. 方便宇航员与货物往返；3. 方便进入深空；4. 方便组建与测控。而NRHO就是一个比较特殊的设置，该轨道近月点约4000公里，远月点约7.5万公里，这样登陆月球乃至前往火星都能兼顾，与地球的通信测控也不会因为绕月飞行的遮挡而中断。】
　　按照NASA的说法，＂门户＂将成为月球以及未来人类火星任务的宇航员探险基地。 它就像机场一样，开往月球表面或火星的航天器可以在＂门户＂加油或更换零件，并在不回地球的情况下补给食物和氧气等。甚至在第一次前往火星之前，宇航员将使用它来进行远离地球生活的训练，还可以通过它来练习在深空中的不同轨道上移动宇宙飞船。
　　＂门户＂相比目前运行在近地轨道上的国际空间站和中国空间站要小得多，建成后只有大约40吨重，并且在建成初期的绝大多数时间都将无人驻守，保持自动运行的状态。
　　紧接着的＂阿尔忒弥斯5号＂任务预计于2028年发射。这次任务会将4名宇航员运送至＂门户＂空间站，其中2名将登陆月球。此外还会运送欧空局的燃料补给、基础设施和通信技术模块（ESPRIT）。至于＂阿尔忒弥斯6-11号＂任务则还在研究考虑阶段，发射时间和内容都未定。
　　4 ＂姐姐＂和＂弟弟＂，有什么区别？
　　在神话中，阿尔忒弥斯是宙斯与勒托之女，与阿波罗是孪生姐弟。阿波罗是太阳神，阿尔忒弥斯是月亮女神，用阿尔忒弥斯命名正好呼应了上世纪的阿波罗计划，显然更应景。尽管二者在神话中是孪生关系，但是在现实中， 以二者为名的两项太空计划却有着极大的差别。
　　阿波罗计划徽章
　　首先，理念愿景不一样。虽然都是登月，阿波罗计划旨在探索登月，虽然成功实现6次载人登月，但它更像是在＂打卡＂，政治意义大于科学意义。阿尔忒弥斯计划则胃口很大，不再是到此一游，既要开发月球资源，又要进行常态化驻留，建立＂门户＂空间站和月球基地，还要往更远的火星进发，为未来载人登陆火星铺平道路。
　　＂门户＂一旦建成，就可以发展可重复使用登月器，大大降低登月的成本，建立地月轨道的定期航班。可以看出，阿尔忒弥斯计划寻求以一种更低成本的方式持续地长期驻留月球。 不过从目前已经被确定的内容来看，阿尔忒弥斯计划仍然将专注于登月任务本身，而在月面上的基础设施等仍没有十分详细的规划。
　　其次，阿尔忒弥斯计划更加国际化，参与者更多。阿波罗计划执行时动用了当时美国的全国之力，而阿尔忒弥斯计划选择了与多国合作的方式来进行——由NASA主导，欧洲空间局（ESA）、日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）、加拿大太空局（CSA）参与合作。
　　例如，日本将参与月球载人探测车的研发；为＂门户＂空间站提供机器和设备；使用H3火箭为＂门户＂补给燃料等物资等。此外，日本已被允许派1名宇航员在＂门户＂逗留。
　　另外，阿尔忒弥斯计划商业色彩浓烈。从一开始，它就采用政府主导，以招标的方式引入民营公司来降低成本。据此，美国宇航局在阿尔忒弥斯计划下推出了＂商业月球有效载荷服务（Commercial Lunar Payload Service, CLPS）＂，旨在通过与商业航天公司合作，使用固定价格合同购买地球到月球的有效载荷服务。该计划的竞争性质预计将有效降低月球探测成本，加速探测器登陆月球、取样返回、对月球南极地区的资源勘探，并促进相关商业行业的创新和发展。2018年11月，9家美国公司加入其CLPS项目，一年后又增加了5家供应商，合格供应商总数达到14家。
　　例如，载人登月系统HLS、发射HLS所需要的火箭将由马斯克的SpaceX提供。而价值35亿美元的航天服合同则由公理空间公司和柯林斯宇航公司拿下。NASA将以租赁的方式来使用两家公司的航天服，这两家公司也可以将他们的航天服提供给其他客户使用。
　　5 时隔50年，为何重启登月计划？
　　首先，探月已经不再是美国的专属游戏。
　　中国探月工程稳步推进，探月＂绕、落、回＂的三步走计划已圆满收官，不仅从月球上取得了样品带回地球，还实现了首次月球背面软着陆，并且预计2030年左右进行载人登月，为建立月球基地做准备。
　　NASA局长比尔·尼尔森宣称中美＂正处于一场太空竞赛＂，＂我们最好小心，不要让他们打着科学研究的幌子抵达月球上的某个地方＂。他甚至警告，＂留给美国的时间已经不多了＂。
　　中国在太空领域的发展也受到美国军方的关切。美国空军中将、太空部队参谋长尼娜·阿玛格诺日前访问澳大利亚时称，＂他们（中国）完全有可能赶上并超越我们，绝对有。他们取得的进展令人震惊，速度惊人＂。
　　显然，NASA并不想在月球探测和资源开发上落后。
　　其次，巨大的商业价值。
　　随着地球实验室轻核聚变工程的进展，利用月球上几乎取之不尽的＂氦-3＂资源为人类提供近乎无限的能源，似乎已经成了触手可及的进展。还有月球上独特的矿产，月球对于深空探测的独特地位，必将对人类社会未来的可持续发展和科学进步，产生深远影响。美国深感需要加快步伐，抢占月球探测和未来的资源开发的主动权和主导权，为未来发展抢占有利位置。NASA还希望通过此次登月计划来推动美国航空航天产业的发展，并激励更多的学生进入到STEM领域。
　　当初阿波罗计划的成功激发了一代美国人的爱国热情，甚至有一些学者将登月竞赛的胜利作为取得冷战胜利的关键一步。如今，很多美国人将此次重返月球当成美国政府为重新争取民意、重拾美国精神的重要手段。
　　6 ＂姐姐＂能否续写辉煌？
　　阿尔忒弥斯计划是由太空发射系统+猎户座飞船+月球门户空间站+商业载人着陆系统组成，技术上的挑战非常大，任何一个部分的掣肘都会导致整体计划的大幅延后。
　　第一，目前计划进行得并不顺利。 从2011年9月开始，SLS的首飞时间就不断被推迟，至发射成功时首飞时间至少推迟了18次。总计延期6年时间。不仅SLS的发射任务比原计划延迟，＂阿尔忒弥斯1号＂的发射计划也一波三折。
　　当地时间2022年8月27日，NASA就宣布计划当天上午发射。不过在发射进入48小时倒计时后，当地遭遇雷雨天气，发射台遭到雷击。到了9月26日深夜，为了避免即将到来的飓风＂伊恩＂造成破坏，NASA甚至将火箭从发射台上撤下。11月8日，NASA再次宣布，受热带风暴＂妮科尔＂影响，原定于11月14日的发射计划推迟至11月16日。延期81天后，＂阿尔忒弥斯1号＂才终于成功迈出了第一步。
　　尽管NASA刚刚宣布2号任务将于2024年11月执行，3号任务将于2号任务成功后12个月后执行。但是SpaceX的登月星舰迟迟没有进行过首飞，而且首飞只是近地轨道飞行，还要再绕月飞行一次。HLS遥遥无期，给这两次任务能否按时执行打上了大大的问号。并且由于＂阿尔忒弥斯4号＂计划中使用的Block 1B火箭的移动发射平台ML-2的制造延期，4号任务已经拖延至2027年，甚至还有可能继续延期。
　　除此之外，3号任务所需的舱外活动装置、航天服等很多技术装备仍在研发中，存在很多变数。按照目前进度，美国在2025年底之前完成载人登月的可能性或将大打折扣。
　　第二，重返月球是一项耗资巨大的项目。 从公开数据来看，在尚未开始进行第一次阿尔忒弥斯任务之前SLS和＂猎户座＂飞船已经各自消耗掉了超过200亿美元的预算。而这甚至还不包括SLS每年约6亿美元的测试、总装等辅助开支，以及前期预研的各型号火箭开支。目前已经确定下来的前4次阿尔忒弥斯任务，单次发射成本超过40亿美元，而计划总开支将超过930亿美元，实在是太贵了。美国联邦政府财务监察曾经评价SLS项目＂不可持续＂，但NASA仍在进一步开发载荷更高、推力更强、成本也更加昂贵Block 2火箭。
　　然而，SLS的研发是计划中的 一环，始终伴随着其他部分的研发进程。不仅SLS，所有相关项目都随着彼此的进展，大家都成了＂鸽王＂和＂吞金兽＂，共同造就了历史上工程推迟延宕最严重、最昂贵的火箭系统。
　　第三，在操作层面挑战巨大。
　　以波音公司主导的美国太空发射联盟的组织低效使得整个计划面临更多的风险。
　　与其前辈相比，NASA与美国航天工业界在SLS的开发与阿尔忒弥斯计划的执行过程中，暴露出了巨大的差距。SLS火箭设计的本意，是为了利用航天飞机项目留下的成熟产品与技术，快速组装出一种能用且成本低廉的火箭。但这种行为却让整个项目陷入了持续的混乱——新一代的工程师们被迫用上一代的设备去完成未来的项目，维护重启陈旧设备的任务量及成本几乎与重新研制无异。
　　美国航天产业界的垄断模式加剧了这种状况。与新一代的商业航天公司相比，波音公司主导的美国太空发射联盟几乎将无能与低效发挥到了极致，但即便如此，仍能获得NASA的巨额订单。SLS火箭的首飞成功，并不能掩饰阿尔忒弥斯计划背后所存在的巨大隐患。
　　参考资料
　　1.NASA, Artemis III: NASA’s First Human Mission to the Lunar South Pole
　　2.NASA, NASA’s Lunar Outpost will Extend Human Presence in Deep Space
　　3.NASA, Gateway
　　4.新华社，《美国拟明年11月开展载人绕月飞行》
　　5.界面新闻，《日美首脑会谈据悉将讨论加强太空合作，计划实现日本宇航员首次登陆月球》
　　6.新华网，《资金不足，美国重返月球＂星座计划＂面临死亡》
　　7.国家航天局探月与航天工程中心，《美国重返月球阿尔忒弥斯计划》
　　8.杨诗瑞，《探月轨道有多条，巧妙取舍看门道》，中国航天报
　　9.环球时报，《美国这个大计划硬扯中国》
　　10.环球网，《日媒称NASA局长受访时提和中国竞争：会先于中国＂重返月球＂》
　　11.环球网，《又开始了！NASA局长：别让中国打着科研幌子登月》
　　12.中国新闻网，《NASA局长扬言会先于中国重返月球》
　　13.孙正凡，《＂阿尔忒弥斯1号＂发射升空，一场困难重重的探月之旅》，新京报
　　14.张雪松，《＂史上最强＂登月火箭SLS首飞，却有点生不逢时》，澎湃新闻
　　15.乔辉，《一拖再拖，美国巨型登月火箭终于发射了！一文看尽十大精选知识点》，腾讯太空
　　16.果壳，《耗资230亿美元，新一代鸽王登月火箭今现身》
　　17.中国国防报，《美太空发射系统重型火箭首次亮相》
　　18.兰顺正，《美国的重返月球计划》，世界知识
　　19.艾彦，《美国＂超级鸽王＂火箭终升空，重启奔月背后有何盘算？》，凤凰网
　　20.汤川学，《SLS：能否托举美重返月球梦想？》，太空探索
　　21.江山，《重返月球：在月球之上，建人类城邦》，太空探索
　　22.汤川学，《从＂阿波罗＂到＂阿尔忒弥斯＂：虽为孪生，差别极大》，太空探索
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