志澄观察：NASA“阿耳忒弥斯”计划面临重大挑战

Original 黃志澄空天大视野 2022-04-11

远望智库高级研究员黄志澄

2019年3月，美国副总统彭斯宣布了一项雄心勃勃的太空计划：要在5年之内让航天员登陆月球，以确保美国成为21世纪第一个载人登月的国家。

　　2019年5月14日，美国总统特朗普表示，将向美国宇航局（NASA）追加16亿美元的预算，支持此前宣布的有关开发月球和火星的计划。2019财年NASA的预算为215亿美元。特朗普在推特上发文称：“我们将在本届政府的领导下恢复美国国家宇航局的荣耀，重返月球，下一步是火星。”

2019年5月23日，NASA发布了重返月球的 “阿耳忒弥斯（Artemis）”计划。这个计划一公布，就受到美国各界和质疑，其中可以美国政府问责局（GAO）的多份报告为代表。2020年1月24日美国众议院科学委员会，推出一项NASA授权法案，要求对“阿耳忒弥斯”计划进行重大修改，将其作为送人前往火星任务的一部分。由此可见，NASA 的“阿耳忒弥斯”计划，在2020年将面临重大挑战。

“阿耳忒弥斯”计划简介

2019年5月23日， NASA发布了《飞向月球：NASA月球探索战略计划》。美国重返月球计划取名为“阿耳忒弥斯（Artemis）”。“阿耳忒弥斯”是希腊神话中的月亮女神、也是太阳神阿波罗的孪生姐姐。这份报告概述了美国2024年重返月球的计划，将分两阶段实施。

第一个阶段的目标是要在2014年登月。第一阶段的具体计划：2020-2021年执行“航天发射系统（SLS）”与“猎户座(Orion)”飞船集成的无人飞行测试（Artemis -1任务）；2022年执行“猎户座”飞船载人绕月飞行测试（Artemis-2任务），2024年执行载人登月任务（Artemis -3任务）。在此期间，NASA还将与美国工业界合作，为快速重返月球开发月球轨道站“门户(Gateway）”部件、无人商业月球着陆器和载人月球着陆系统，并为其提供商业运载火箭发射服务。

建设月球轨道站“门户”是实现2024年载人登月的关键。在第一阶段中将建设简化的“门户”（包括2022年发射的动力与推进部件和2023年发射的微型居住舱），为2024年载人登月提供指挥中心和集合点。2024年，航天员到达“门户”后，利用由商业火箭发射的载人月球着陆系统的转移级，将运送航天员从“门户”达到近月轨道，下降级将携带航天员着陆到月球表面，上升级将携带航天员返回“门户”。商业航天公司研制的无人商业月球着陆器，将为NASA提供月球有效载荷运输服务，以增强月球科学和探索能力。

2019年5月16日，NASA宣布选择11家美国公司，为“阿耳忒弥斯”计划研发载人登月系统。NASA表示将为这些公司提供总计4550万美元的资金，助其在未来6个月内研发载人登月系统原型，并规定公司至少出资20%。随后，NASA宣布选定了三家商业公司，将科学和技术有效载荷运往月球，这一类服务被称为“商业月球有效载荷服务”（Commercial Lunar Payload Services，CLPS）。

第二个阶段的目标是于2028年具备在月球轨道及其表面的持续探索能力，为完成载人火星任务打下基础。第二阶段的具体计划：2025-2027年每年执行1次Artemis载人登月任务，2028年执行2次Artemis载人登月任务，以在月球表面部署基础设施，实现人类在月球表面的长期可持续的探索。在此期间，完成“门户”全部部件（包括大型居住舱、机械臂和后勤舱等），实现载人月球着陆系统转移级和上升级的可重复使用，研制用于转移级和上升级的燃料补给部件等。通过“门户”，载人月球着陆系统将实现月球表面与“门户”之间的载人往返运输。“门户”将作为深空前哨站和绕月燃料补给站，并作为未来前往火星的中转站。

GAO的评估提出多项批评

2019年5月美国政府问责局(GAO)发表报告《NASA：主要项目评估》。报告审查了NASA为人类深空探索开发的主要硬件项目。这份报告是GAO针对NASA火箭开发计划的进度拖延和成本超支问题而展开的一系列评估的最新一份报告。在过去十年里，NASA一直在开发两种将人类送上地球轨道之外的关键运载工具。其中之一就是由波音公司研制的SLS重型火箭；另一个则是由洛马公司研制的“猎户座”飞船。这两个项目原计划在2017年首次一起发射，但该进度一直被推迟，现在改成了2020年6月。据NASA称，这些延误还导致了SLS项目的成本超支，总计增加了10亿美元。

GAO的上述报告指出，NASA和波音公司可能无法在2020年6月的最后期限前完成任务。SLS重型火箭可能要等到2021年6月才能完成首次飞行。另外，GAO还指责NASA在SLS重型火箭和“猎户座”飞船的成本估算上，也不够透明。至于“猎户座”飞船项目，其成本预计也会增加，但具体怎样，GAO却并不清楚，。此外，GAO发现，SLS重型火箭计划进度只有非常小的余量。任何拖延都可能危及NASA目前的雄心勃勃的计划。GAO的报告指出，波音公司低估了建造SLS重型火箭所需的工人数量以及研制火箭的复杂性。

2019年12月GAO发表报告《NASA月球计划：有机会加强对登月的分析和计划》，更加剧了人们对“阿耳忒弥斯”计划所需成本的困惑。报告说:“NASA局长发表公开声明说，Artemis 3任务可能耗资200亿到300亿美元，但是NASA官员告诉我们，他们不打算为Artemis 3任务制定正式的费用估计。”然而，上述费用被广泛认为是整个Artemis计划中的Artemis 3的着陆任务的费用，而不是报告所述的整个Artemis 3任务的全部费用。

更重要的是上述报告对NASA“阿尔忒弥斯”计划缺乏严谨的论证分析，提出了批评。报告在结论中写道: “美国NASA已经确定了月球任务结构的组成部分，如“门户”和月球着陆器，但它还没有完全确定整个系统的结构或建立整个月球任务的要求。”由此，报告提出：“如果美国NASA没有一份全面的评估，证明目前的计划是实现其长期月球探索目标的最佳途径，那么美国NASA就无法解释它是如何形成目前的月球任务架构的。”

美众议院科学委员会将推出NASA授权法案

2020年1月24日，美国众议院科学委员会领导层推出了一项NASA授权法案，要求对NASA送人重返月球的“阿耳忒弥斯”计划，进行较大调整。这项法案编号为H.R.5666。法案要求把2028年前送人前往月面作为中期目标，并把2033年前送人前往火星轨道作为较长远的目标。NASA现行的重返月球规划，要求在绕月轨道上建设一座月球“门户”设施，以充当载人登月的集结地。与此不同，法案要把这座设施称作“奔火门户”（Gateway toMars），并让其能部署到地月空间的其它位置，而且不再要求其能为载人登月提供支持。
NASA在2019年5月开始进行“载人月球着陆系统”项目招标，将通过该计划来支持研制一两种商业月球着陆器，并从中标厂家购买月球着陆服务。上述法案指示NASA要掌控月球着陆器的“全部所有权”，而并非从相关厂家购买服务。上述法案还指示NASA要把载人月球着陆器，由加强版SLS重型火箭（SLS-1B）作为整体来发射，而非采用商业火箭来发射着陆器各组件，然后在“门户”上集成。
法案虽然指示NASA每年至少开展两次载人登月，但同时明确该局探月活动要以能为后续载人火星任务提供支撑的活动为主。法案指示NASA找出“为让载人火星任务能得以进行而必须完成的最起码的载人和无人的月面活动”，并确定将如何在该计划下首次载人登月任务完成后5年内完成那些活动。
法案还指出，“月球原位资源利用不应被视为能够降低初期载人火星轨道和着陆任务的风险”；此类活动“不应纳入‘从月球到火星计划’，其预算应与‘从月球到火星计划’分开”。与此类似，法案还限制建设任何“持续载人的月球前哨站或研究站”。
2020年1月29日美国众议院科学委员会航天分委会通过了该法案。由于该法案招致了美国NASA局长吉姆•布里登斯廷(Jim Bridenstine)和一些航天行业人士的批评，特别是他们强烈反对法案中有关商业公司不能拥有月球着陆器的主张，因此委员会许多成员表示，他们将会继续完善该法案。该法案的主要提倡者、该委员会主席、俄克拉荷马州民主党众议员肯德拉•霍恩(Kendra Horn)表示：“这个法案不是要拒绝阿尔特米斯计划，也不是要把人类登月推迟到2028年，NASA仍然可以努力尽早安全抵达那里。”她说，该法案的目的是采取“财政上负责任的方式，把登月努力集中在成为第一个踏上火星的国家的目标上”。她表示，法案将解决NASA有关探月活动及如何让这些活动能“延伸到”后续火星任务所提供的信息不够详细的问题。

法案送交众议院全体表决前还要由科学委员会进行全体审议。获众院通过后，该法案还要与2019年11月推出的一项参议院版的法案协商一致。参议院版方案涉及的NASA“阿耳忒弥斯”计划的改动要少得多。最后结果如何，我们将拭目以待。

“阿耳忒弥斯”计划面临重大挑战

美国重返月球计划，是美国前总统布什于2004年1月14日，在他建议的“太空探索构想”中提出的。这个构想提议美国航天员将在2020年前重返月球，并在月球建立永久基地，为登陆火星做准备。NASA为落实个构想，提出了“星座（Constellation）”计划，其重点是研制“战神”系列火箭和“猎户座”飞船。几年来，NASA为这个计划已经花了接近100亿美元。2010年4月15日美国总统奥巴马公布了新的太空计划。新计划决定取消美国重返月球的“星座”计划，并将加快新型大型运载火箭的研发工作，直接为人类登陆火星做准备。奥巴马反对“重返月球”的主要理由是，只重复美国多年前早已实现的载人登月任务，难于保持美国在太空的优势地位。当然，奥巴马对开发月球资源的前景并不乐观，也是一个原因。

从上述历史事实可见，NASA对建成国际空间站后的载人航天计划的目标，曾反复发生变化，这无疑是由于受到两党政治和军工复合体利益的影响。当然，由于未来载人太空探索任务，本身也存在许多未知因素，它们也会影响计划的目标。
NASA为了应对未来载人航天在政治上和技术上的不确定性，虽然也作了许多努力，如在计划的目标有所变化时，尽可能减少主要的硬件项目如SLS重型运载火箭和“猎户座”载人飞船的变化。可惜承担火箭项目的波音公司问题多多，加上NASA的某些官僚作风，使得项目的进度一再拖延和成本一再增加，从而带来了许多争议。此外，从“阿耳忒弥斯”计划的严谨性来看，Artemis3计划的细节和成本也不够清䀿，特别是“门户”月球轨道站在未来载人火星任务中的作用，也显得很模糊，确实需要进一步论证。此外，NASA在上世纪曾认为降低航天运输系统的成本是大规模开发太空资源的基础，曾在发展航天飞机后探索过发展空天飞机（NASP）和单级入轨（SSTO）的火箭飞机等，但都半途而废。进入21世纪后，NASA除了鼓励商业公司发展重复使用技术外，自身的有关研究却处于长期停顿状态，从而在目前航天运输系统的成本仍然较高的条件下，必然会让人对月球基地的开发产生种种疑虑。由此可见，美国政府问责局和众议院科学委员会的意见，也值得NASA重视。总之，2020年对美国“阿耳忒弥斯”计划来说，既是充满挑战的一年，又是计划成败的关键一年。
从总体上看美国“阿耳忒弥斯”计划的变化，对中国既定的载人登月计划没有影响或影响很小，但他们的许多分析和讨论，仍然可为我们提供借鉴和参考。

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