今年是美國布什總統提出了重返月球的20週年。今年1月9日下午，NASA舉行媒體電話會議，討論阿耳特彌斯（Artemis）載人任務。美國NASA局長比爾·尼爾森（Bill Nelson）表示，按照“乘員安全”的首要要求，NASA的阿耳特彌斯2號和3號任務都將推遲一年發射。尼爾森宣佈了最新阿耳特彌斯任務時間表：2025年9月，阿耳忒彌斯2號（Artemis II）乘組繞月飛行任務。2026年9月，阿耳忒彌斯3號（Artemis III）載人登月任務，2名航天員乘坐SpaceX的“星艦（Starship）”著陸器著陸月面。阿耳忒彌斯4號（Artemis IV）載人任務時間不變，2028年9月將首次使用升級版“太空發射系統（SLS）”火箭發射“獵戶座（Orion）”飛船，並將對接“月球門戶（Gateway）”，2名航天員將搭乘“星艦”完成第2次登月。
阿耳特彌斯任計劃的原定進度
美國重返月球計劃20年
從1969年到1972年，“阿波羅”計劃共成功實施了6次載人登月，先後把12名航天員送到月球表面。自從1972年“阿波羅”17號登月之後，50多年，人類再也沒踏上月球表面。2004年，布什總統提出了重返月球的“星座（Constellation）”計劃。奧巴馬總統在2010年取消了這個計劃，突出強調前往火星的重要性。奧巴馬總統反對的主要理由是，重複美國多年前早已實現的任務目標，難於保持美國在太空的優勢地位。特朗普總統當選後，把“重返月球”置於更加重要的位置。2017年10月，美國國家宇航局（NASA）正式公佈了重返月球的“阿爾忒彌斯（Artemis）”計劃，目標是航天員將重返月球並在月球建立永久基地，為載人登陸火星進行準備。
“阿爾忒彌斯”計劃由“太空發射系統（SLS）”火箭、“獵戶座（Orion）”載人飛船、月球探索的地面系統、“門戶”月球軌道空間站、商業化的載人登月系統（主要是SpaceX的“星艦”）和月球基地組成。美東時間2022年11月16日，SLS火箭託舉獵戶座飛船，執行了不載人的“阿爾忒彌斯1號”任務；美東時間11日12時40分，無人繞月飛行測試任務的“獵戶座”飛船返回地球。此次發射的SLS Block1型火箭高達98.3米,起飛重量達到2603噸。該型火箭採用二級半構型設計，一子級配置4臺單臺推力約189噸的RS-25氫氧發動機，二子級則配置1臺RL10B-2氫氧發動機，真空推力約11.2噸。此外，該型火箭還有兩枚3.7米直徑的5分段固體火箭助推器，單枚助推器的起飛推力約1498噸。SLS Block1型火箭的起飛推力約為3752噸，雖然超過了美國用於“阿波羅”探月計劃的“土星五號”火箭起飛推力3408噸，但其近地軌道的運力只有95噸，地月轉移軌道的運力只有27噸，這兩項指標都遜於“土星五號”火箭近地軌道118噸，地月轉移軌道45噸的效能資料。
“阿爾忒彌斯2”任務原定於2024年發射，在這次飛行中航天員會搭乘“獵戶座”飛船環繞月球。“阿爾忒彌斯3”計劃原定於2025年發射，飛船將搭載4名航天員，其中兩人搭乘SpaceX公司研製的載人著陸系統降落在月球表面（航天員中將有一名女性），實現人類重返月球的目標。“阿爾忒彌斯”計劃並非完成載人登月就告結束，而是進一步要讓人類能永久性地在月球和月球軌道定居。計劃中起關鍵作用的“門戶”月球軌道空間站，將不僅作為人類登月的轉運站，而且將為今後的登陸火星服務。在原先的方案中，飛船運送航天員先抵達“門戶”空間站，然後換乘載人著陸系統降落在月面；從月球表面返回時，同樣先在“門戶”空間站中轉，再換乘“獵戶座”返回地球。但由於“門戶”空間站的研製進度，遠遠落後於預期，NASA不得不決定“它將不再存在於2025年登月任務的關鍵路徑上”。
執行載人登月任務的阿耳忒彌斯3號（Artemis III）載人登月任務是任務的重要目標，也更加複雜。雖然SLS火箭和獵戶座飛船將在阿耳忒彌斯2號任務中進行完整的測試，但著陸任務將增加SpaceX公司的“星艦”月球著陸器（HLS）、新的艙外太空服、以及獵戶座飛船和“星艦”在月球軌道上的會合和對接。NASA認為所有這些都將是重大挑戰。
SpaceX公司的“星艦”在發射場
美國重返月球計劃一拖再拖
美國重返月球計劃的進度一拖再拖，我們認為有多方面的原因：
（1）政黨鬥爭的影響。如前所述，除了拜登總統繼續執行特朗普總統制定的計劃外，美國的前兩次政黨輪替，都導致美國未來載人航天計劃的目標發生了重大變化，從而拖延了美國重返月球計劃的進度。
（2）NASA機構的日益官僚化，辦事效率很低。NASA的研究機構和研究人員雖然眾多，但直接研究載人登月的人卻並不多。現在的NASA局長更原是一名政客，專業很差。
（3）美國這次重返月球設定的目標不只是將人送上月球，而是要持續開發月球，更要為載人去火星奠定基礎，從而使得技術難度顯著高於阿波羅計劃。
（4）如今的NASA，難於容忍高風險，也並不再擁有像阿波羅計劃那樣的資金和全力支援。阿波羅計劃誕生於美蘇軍備競賽時期。阿波羅計劃登月任務充滿巨大風險，更像是在登月競賽中孤注一擲的“賭局”。成功之下是一系列致命的風險和事故。阿波羅計劃總花費達255億美元，相當於當年美國GDP的0.57%，佔據當時美國整體科技研究發展經費的20%，這筆花費折算到近年超過了1500億美元。
在前述的2024年的NASA的會議上，負責監督“月球火星（Moon to Mars）”計劃的NASA副局長阿米特·克沙特里亞(Amit Kshatriya )，介紹了阿耳特彌斯2號任務正在研究的3個主要問題：
（1）飛船的隔熱板。技術人員在阿耳忒彌斯1號任務之後，檢查了獵戶座飛船的防熱層，發現防熱層承受了超預期的燒蝕，從而損失了大部分防熱材料。雖然防熱層仍有足夠的餘量，但NASA對此仍進行了廣泛的研究。NASA不能允許防熱層中的某一碎塊，能撞擊到飛船並損壞它。Kshatriya表示，NASA在2023年從多個角度評估了這個問題，並預計將在今年春天就可找到根本原因。
技術人員在阿耳忒彌斯1號任務之後檢查獵戶座飛船防熱層
（2）飛船電路設計有缺陷。NASA發現交付用的阿耳特彌斯3號的“獵戶座”飛船部件中，驅動閥門作動的電路出現故障，就此發現了電路設計中的缺陷，它這將影響到獵戶座上的二氧化碳淨化器。Kshatriya表示，這需要開啟阿耳特彌斯2號的獵戶座飛船並更換這些元件。這項工作影響到了2號任務的進度。
（3）飛船逃逸系統。“獵戶座”飛船的飛行逃逸系統用於在發射期間發生緊急情況時從SLS火箭中飛離。有工程師擔心，雖然獵戶座已經有能力在這種環境下生存，但它的一些電池可能會損壞。Kshatriya表示，該機構有多種選擇來解決這個問題。
重返月球計劃商業化的挑戰
在新世紀到來後，美國在總結了在登月和發展太空梭中的經驗教訓後，決定大力鼓勵民企參加美國載人航天事業。這些民企中最突出的就是SpaceX公司。商業力量的參與美國重返月球計劃，雖然帶來了新的機遇和活力，但在這一過程中，也充滿了挑戰和不確定性。雖然商業公司能夠提供更靈活和高效的解決方案，但它們也更加註重成本控制和盈利能力。這也可能導致在商業利益和任務安全之間出現衝突，從而增加任務延期和最終失敗的風險。不難發現，無論是SLS火箭還是“獵戶座”飛船，沿襲了許多美國此前成熟的航天技術，整體方案趨於保守。例如SLS火箭的助推器的固體火箭發動機和和芯級主發動機，都來自於美國的太空梭，而“獵戶座”載人飛船，基本上可以視為是“阿波羅”載人飛船的放大版。儘管方案較為保守，但研製SLS火箭的美國“國家隊”波音公司的研製，卻進展十分緩慢，從論證到首飛花費了10多年，而費用卻又不斷增加，並三番五次推遲發射，凸顯了NASA和波音在管理上存在許多問題。實際上，在目前的方案中，SLS火箭的任務只是將“獵戶座”飛船和航天員送到繞月軌道，而SpaceX公司的“星艦”系統，則負責載人登月和返回月球軌道，起到登陸器和上升器的作用。所以美國重返月球的任務，必須由SLS火箭和“星艦”系統合力才能完成。
SpaceX公司在“獵鷹”9號重型火箭基礎上，繼續研發出了新的超重型火箭，在對超重型火箭進行改造後，它可用於新一代載人登月系統。“星艦”系統由超重型火箭和“星艦”飛船組成。系統全高120米、直徑9米，其中超重型火箭高70米、使用33臺“猛禽”發動機、推力超過7500噸。“星艦”飛船高50米，使用6臺“猛禽”發動機、推力超過1500噸。“星艦”系統的近地軌道運載能力大於100噸，地月軌道運載能力大於25噸。“星艦”系統的運載能力和“土星五號”相差不大。“星艦”系統也具備實施獨立載人登月的能力，而其最大的優勢在於發射成本極低。據馬斯克透露，在“星艦”系統技術成熟之後，一次發射成本僅為每次200萬美元。
目前，對於原本的SLS火箭和“獵戶座”飛船與“星艦”，只是聯合使用，而沒有進行系統的總體最佳化。NASA開始只押寶於“星艦”的研發。但當2023年發現“星艦”的研製進度不夠理想時，才想到支援藍源等其它公司研發備用的系統，但其進度卻比“星艦”更晚。目前，“星艦”在執行任務之前，不僅必須展示安全飛行的能力，還必須掌握在軌道上儲存和傳輸低溫燃料的能力，以便“星艦”可以在軌道上進行燃料加註，然後飛到月球軌道與“獵戶座”會合。到目前為止“星艦”試飛了兩次，但兩次都爆炸了。目前正在等待不久之後的第三次試飛。這凸顯了NASA商業化戰略面臨的風險，導致登月的進度不斷後延。
SpaceX載人登月任務概念
在這次會議上，NASA高階工程師傑西卡·詹森（Jessica Jensen）報告了“星艦”目前存在的主要技術問題是：
（1）SpaceX將在本月完成“星艦”IFT-3的硬體準備，在2月獲得FAA飛行許可後，可進行“星艦”的第3次整合飛行試驗；
（2）將在IFT-3飛行試驗中，進行在軌低溫推進劑轉移演示驗證，目標是將頂部儲罐的推進劑轉移到主燃料儲罐中；
（3）在阿耳忒彌斯3號任務之前，SpaceX可能會進行數十次“星艦”測試飛行。僅在軌道上為“星艦”提供燃料，就需要大約10次燃料“星艦”的飛行；
（4）SpaceX計劃在2025年演示“星艦”無人登月，以及使用低溫推進劑從月球表面進行“星艦”發射。
結束語
國際航天領域正在湧現新一輪探月熱潮，除美國之外，中國、俄羅斯、印度乃至韓國，都提出了載人登月計劃，中國和俄羅斯還計劃聯合在月球建立科研站。雖然美國在50多年前已經成功登月，但由於費用昂貴和其目標只侷限於大國競爭，從而使美國的載人探月計劃只能中斷。目前美國的重返月球，似乎有許多進步，但仍然深受大國競爭的影響。
今年1月17日，美國國會就登月計劃召開的一個聽證會，會上美國航天專家、政府官員以及國會議員達成共識，月球將作為地球外的國家競爭的“競技場”，而對於非美國及其合作伙伴的其他國家將先登上月球的情況，是“不可接受的”。如此看來，美國“重返月球”計劃的目的，仍然偏離了人類為了和平目的，探索和利用外太空的願望。
中國沒有任何意願，參與美國人臆想出來的“太空競賽”。中國發展航天技術一重和平利用，二重平等互利，三重包容發展，一直以身作則推動國際航天的交流與合作。中國的載人登月計劃，必將是一項健全的科學試驗、技術發展和綜合利用的計劃，也將是一項能持續發展和進行廣泛國際合作的計劃。
>End
本文轉載自“空天大視野”，原標題《黃志澄：試評美國重返月球計劃》。
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