從“阿波羅”到“阿爾忒彌斯”：雖為孿生，差別極大

文/湯川學

阿爾忒彌斯（Artemis），在希臘神話中，她是宙斯和萊托的女兒，和太陽神阿波羅是孿生關系，是月神之一。在最后一次登月阿波羅17 號任務過去將近半個世紀之后，以阿爾忒彌斯來命名美國的重返月球計劃是合情合理的。雖然阿波羅和阿爾忒彌斯在神話中是孿生關系，但是在現(xiàn)實中，以二者為名的兩項太空計劃卻有著極大的差別。

▲ 阿爾忒彌斯1任務，第一發(fā)SLS準備發(fā)射

緣起星座，始于月神

在中國第一位航天員楊利偉進入太空8個月前，2003年2月1日，哥倫比亞號航天飛機在返回的過程中，在眾人的注視下空中解體，7名航天員全部遇難。這一事件在全美引發(fā)軒然大波，也在美國航天界掀起了一場關于“我們接下來要往哪里去”的大討論，在航天飛機安全性備受質(zhì)疑的同時，人們對于太空探索的目的也產(chǎn)生了疑問。

當時美國宇航局除了完成正在建設的國際空間站之外，并沒有其他深空探索計劃。為了重振美國航天工業(yè)，2004年1月13日，時任美國總統(tǒng)喬治·W·布什在美國宇航局總部發(fā)表了一番講話，提出了一個“空間探索愿景”。這個愿景的內(nèi)容十分詳細，為美國宇航局未來將近30年的任務繪制了一份清晰的路線圖，十分超前且大膽。從探測器到載人任務，從月球到火星、木星，可以說，這份愿景為正處在猶豫不決狀態(tài)的美國宇航局提供了一份走向美好未來的完整規(guī)劃。我們?nèi)匀豢梢詮哪壳懊绹詈骄痔杖蝿找?guī)劃中看到這份規(guī)劃的影子。

2004年10月30日，時任美國宇航局局長肖恩·奧基夫在美國海軍曾在南北戰(zhàn)爭中使用的“星座”號風帆戰(zhàn)艦甲板上發(fā)表了一次演講，宣布美國宇航局將啟動一個宏偉的登月計劃，名為“星座”。星座計劃由此正式走上歷史舞臺。

不過，當星座計劃正在推進時，2008年，時任美國總統(tǒng)奧巴馬在審視了整個星座計劃的規(guī)模和進度后，對該計劃十分不滿。美國宇航局2004年發(fā)布了第一份包括星座計劃在內(nèi)的預算，要求國會從2005年到2009年撥款88億美元，幾乎所有的經(jīng)費都被用于研發(fā)獵戶座飛船，只有4%被撥出用于戰(zhàn)神火箭的研發(fā)。而戰(zhàn)神一型和戰(zhàn)神五型火箭的進度也不甚理想，明明作為整個計劃中的最核心的運載系統(tǒng)，卻沒人知道它們到底何時才能真正準備好托舉美國人到達月球。2009年，奧巴馬下令對整個項目進行審查，最后的審查結(jié)果十分難看。2010年10月11日，美國國會通過了《2010年美國宇航局授權(quán)法案》，正式取消了星座計劃，但是這份法案也為該局的后星座時代鋪好了路，為其提出了許多指導性的目標。

▲阿波羅計劃LOGO

阿爾忒彌斯計劃LOGO

2017年12月11日，時任美國總統(tǒng)唐納德·特朗普簽署了一號太空政策令。規(guī)劃了一項由美國牽頭、與民間企業(yè)合作伙伴共同合作的綜合太空探索計劃。該政策要求美國宇航局與商業(yè)和國際合作伙伴一起領導一項創(chuàng)新和可持續(xù)的探索計劃，以實現(xiàn)人類在整個太陽系中的擴張，并將新的知識和機會帶回地球。2019年5月14日，時任美國宇航局局長吉姆·布里登斯汀宣布，以希臘神話中的月亮女神命名美國的重返月球計劃，即“阿爾忒彌斯計劃”。

并非“21世紀阿波羅”

當我們提到登月時，自然而然就會想到在50多年前的那次壯舉。1969年7月16日，在佛羅里達州約翰·肯尼迪航天中心的LC-39A發(fā)射臺上，阿波羅11號飛船由土星5號火箭托舉升空，目標月球。在經(jīng)過4天遠離地球的旅行后，7月20日，阿波羅11號登陸艙成功著陸月球，創(chuàng)造了整個人類的歷史性成就。這也是美國在太空競賽中最高光的時刻。阿波羅計劃將12位航天員送上了月球，而整個阿波羅計劃的開支已經(jīng)難以被如今的人們正確地估算。毫無疑問，阿波羅計劃是美國歷史乃至世界歷史上最為耗錢的計劃之一。但是同時，阿波羅計劃給當時美國的各行各業(yè)帶來了巨大而影響深遠的變革，也留下了大量至今仍在使用的基礎設施，而月球上的腳印所帶來在文化領域的影響更是無法估量。毫無疑問，阿波羅計劃是一個成功的計劃。

而阿爾忒彌斯計劃則尋求以一種更低成本的方式持續(xù)地長期駐留月球，比如在月球軌道上建造空間站并在月球表面建立一個月球基地。該計劃的短期目標是讓第一位女性和第一位有色人種登上月球；中期目標包括建立一個國際化的科研考察基地，讓人類可以長期駐留月球；而長期愿景是將人類帶向火星乃至更遠的深空。不過從目前已經(jīng)被確定的內(nèi)容來看，阿爾忒彌斯計劃仍然將專注于登月任務本身，而在月面上的基礎設施等仍沒有十分詳細的規(guī)劃。

除了理念和愿景上的不同，兩者最大的不同是其執(zhí)行方式。阿波羅計劃執(zhí)行時可以說是動用了當時美國的全國之力，而阿爾忒彌斯計劃作為一個從一開始就是為了可持續(xù)登月的計劃，它選擇了與民間和國際伙伴合作的方式來進行。相比于阿波羅計劃純正的美國底色，阿爾忒彌斯計劃的國際范十分濃厚，比如在獵戶座飛船上就能看見歐空局的Logo，獵戶座飛船上的服務艙由空中客車防務與空間公司制造。而在其他更多的項目上，國際合作的例子更是不勝枚舉。

除了國際范，阿爾忒彌斯計劃也有著十分強烈的商業(yè)底色。從一開始，阿爾忒彌斯計劃就通過大量引入民間公司，以招標的方式使用民間公司的服務和設施，來降低整個計劃所需要的成本。與阿波羅計劃中的土星5號-阿波羅CSM-阿波羅LM這樣的黃金搭配不同，除了必要的SLS火箭和獵戶座飛船的搭配外，如載人登月系統(tǒng)HLS、發(fā)射HLS所需要的火箭、登月所需的航天服等關鍵設備都將由民間公司提供。太空探索技術公司的星艦登月版在經(jīng)過了一系列糾纏不清的法律官司之后正式中標，將成為阿爾忒彌斯計劃中的可復用載人登月艙，而價值35億美元的航天服合同則由公理空間公司和柯林斯宇航公司拿下。美國宇航局將以租賃的方式來使用兩家公司的航天服，這兩家公司也可以將他們的航天服移作他用。

除了這些關鍵要素，還有商業(yè)月球有效載荷服務（CLPS）。CLPS旨在使用固定價格合同購買地球和月球表面之間的端 到端有效載荷服務。該計劃的競爭性質(zhì)預計將有效降低月球探測成本，加速探測器登陸月球、取樣返回、對月球南極地區(qū)的資源勘探，并促進相關商業(yè)行業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展。其主要的任務目的是偵察月球資源，測試原位資源利用（ISRU）概念，并進行月球科學考察以支持阿爾忒彌斯計劃。不過，CLPS在最近由于一家公司的破產(chǎn)陷入了尷尬的局面，被美國宇航局選為制造登月器的公司之一，美國馬斯滕空間系統(tǒng)公司向美國特拉華州破產(chǎn)法院提交了破產(chǎn)申請。這家公司在2020年4月與美國宇航局簽訂了價值7590萬美元的CLPS合同，“馬斯騰”將制造搭載有探測水冰和輻射等各類儀器的XL-1登月器，原計劃該合同將于2022年12月由重型獵鷹火箭執(zhí)行，但是在2021年6月，馬斯滕宣布由于“新冠”等原因?qū)⑷蝿胀七t到了2023年11月。這次事件將很可能導致許多儀器將會被轉(zhuǎn)移到其他CLPS載荷上，但其他合同仍在正常履行。從以上內(nèi)容可以看出，相比于阿波羅計劃，“阿爾忒彌斯”是一個更加面向未來發(fā)展、更加開放的探索計劃。

▲ 星艦登月版效果圖

▲ 置于SLS內(nèi)的立方星們

阿爾忒彌斯協(xié)定——參與國家的朋友圈

所有想要加入阿爾忒彌斯計劃的國家都可以靠簽署《阿爾忒彌斯協(xié)定》來加入計劃。當然，簽署了協(xié)議也并不代表簽約國就一定會參與阿爾忒彌斯計劃，簽署協(xié)議可以被認為是認同協(xié)定精神和內(nèi)容的體現(xiàn)。

該協(xié)議由美國宇航局和美國國務院起草。美國、澳大利亞、加拿大、日本、盧森堡、意大利、英國和阿拉伯聯(lián)合酋長國于2020年10月13日作為首批協(xié)議發(fā)起者簽署了協(xié)議。該協(xié)議建立了在月球、火星和其他天文物體的民用探索和和平利用方面的合作框架。有關方面稱，這一協(xié)議的目的是“規(guī)定在實際行動中履行《外層空間條約》和其他文書中所載的重要義務”。各簽署國之間將通過一系列的非約束性雙邊協(xié)議以確保協(xié)議內(nèi)容生效。該協(xié)議將遵守1967年生效的《外層空間條約》等有關太空探索與開發(fā)的國際條約。除了和平目的探索開發(fā)和應對太空垃圾之外，協(xié)議還納入了承諾本國探月政策和探測計劃公開透明、宇宙空間遇難相互援助、公開科學數(shù)據(jù)等內(nèi)容。針對礦物和水等太空資源的采集和利用將遵守《外層空間條約》，希望實現(xiàn)安全且可持續(xù)的太空活動。此外，協(xié)議還敲定了預防太空活動中的國家間沖突的原則。如果制定國際規(guī)則取得進展，還有望推動民營企業(yè)參與月球資源探測。

▲ 獵戶座飛船

▲ 阿爾忒彌斯計劃21個參與國家

截至2022年8月1日，已有21個國家和1個地區(qū)簽署了《阿爾忒彌斯協(xié)定》。除了首批的8個國家，后續(xù)的簽署國是烏克蘭、韓國、新西蘭、巴西、波蘭、墨西哥、以色列、羅馬尼亞、巴林、新加坡、哥倫比亞、法國和沙特阿拉伯，還有屬于一個地區(qū)是英國皇室所擁有的特別屬地曼恩島。其中日本、加拿大、歐空局所屬國家都準備為阿爾忒彌斯計劃提供設備支持，比如在月球門戶空間站上，歐空局和日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)將會負責建造一些艙段，加拿大將提供“加拿大臂”3機械臂。

隨著阿爾忒彌斯協(xié)定簽署國的增加，以美國為中心的一個朋友圈也在逐漸擴大。該協(xié)議的政治因素也不可忽略。

深空探索前哨站——“月球門戶”空間站

月球門戶空間站是阿爾忒彌斯計劃與阿波羅計劃之間最大的區(qū)別之一。月球門戶空間站將由美國宇航局、歐空局、日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)、加拿大航天局共同開發(fā)運營。而關于俄羅斯，在2017年9月27日，美國宇航局與俄羅斯聯(lián)邦航天局共同簽署了關于研究和探索深空的聯(lián)合聲明，俄羅斯聯(lián)邦航天局也將參與系統(tǒng)建設，但是在2020年10月，時任俄航天局局長迪米特里·羅戈津表示，整個空間站計劃過于以美國為中心，俄羅斯將不會加入。

月球門戶空間站將會被部署在一個偏心率很高的近直線暈軌道（NRHO）上。這一軌道周期為7天，在月球北極的軌道近月點距離月球3000千米，月球南極的遠月點則距離月球7萬千米。當航天器位于這一軌道時，航天器可以與地球持續(xù)聯(lián)系，而阿波羅計劃中的乘員組在飛行到月球背面時會出現(xiàn)通訊暫停，獵戶座飛船也將會在發(fā)射后前往這一軌道。該空間站相比目前運行在近地軌道上的國際空間站和中國空間站要小得多，建成后只有大約40噸重，并且在建成初期的絕大多數(shù)時間都將無人駐守，保持自動運行的狀態(tài)。

月球門戶空間站從其設計上來說，可以說是麻雀雖小，五臟俱全。

目前，月球門戶空間站有這幾個已經(jīng)被確定的模塊和部件：動力和推進元件（PPE），居住和物流前哨(HALO)，提供加油、基礎設施和電信的歐洲系統(tǒng)模塊(ESPRIT)，國際居住艙（I-HAB），還有加拿大臂3。目前這些模塊的更多具體細節(jié)仍然不清楚。而這些模塊的生產(chǎn)制造承包商包括波音公司、洛·馬公司、諾格航天創(chuàng)新公司、麥克薩技術公司、空中客車公司、泰雷茲公司等等。這些艙段將會由太空探索技術公司的獵鷹重型火箭和SLS Block1B型的貨運型發(fā)射?！霸虑蜷T戶”在計劃中還有許多可以在這些模塊基礎上加裝的部件，比如月球土壤采樣返回器和可以進行太空行走的氣閘艙。

▲ 美國宇航局宣布阿爾忒彌斯3任務13個候選著陸區(qū)渲染圖

根據(jù)阿爾忒彌斯計劃的任務規(guī)劃，月球門戶空間站將支持計劃于2025年執(zhí)行的首次載人登月任務——阿爾忒彌斯3任務。4名航天員們首先乘坐獵戶座飛船，經(jīng)過一段時間轉(zhuǎn)移到NRHO軌道后，與月球門戶空間站對接。而載人登月著陸器——星艦登月版同樣與月球門戶對接。其中兩人將會待在空間站上，而將要登上月球的2名航天員（其中包括1名女性航天員）轉(zhuǎn)移到星艦登月版上后，根據(jù)任務規(guī)劃在月球南極地區(qū)著陸。在完成接近一個星期的月面任務后，星艦登月版從月面起飛，再次與月球門戶空間站對接，然后再次轉(zhuǎn)移到獵戶座飛船上，之后他們將會離開空間站，點燃引擎，飛向地球。不過在阿爾忒彌斯3任務中，月球門戶空間站很有可能因為延誤還沒有發(fā)射或者沒有準備好進行登月任務，可能會出現(xiàn)只靠星艦登月版和“獵戶座”執(zhí)行任務的情況。

▲ 月球門戶空間站建成渲染圖

前路漫漫

不久前頂石號月球探測器的發(fā)射可以說吹響了阿爾忒彌斯計劃全面開啟的第一聲號角，而阿爾忒彌斯計劃的第一次任務——阿爾忒彌斯1任務也已開始進行。這次任務是一次無人任務，以測試獵戶座飛船和SLS火箭本身的可靠性。在獵戶座飛船內(nèi)將通過測量假人身上的受輻射照射的幅度來研究在深空環(huán)境下人體會吸收的輻射。而在“獵戶座”進行繞月的過程中，將會釋放一些來自各國機構(gòu)和公司的小型立方星，有的用于尋找月球表面的水冰，有的測試在深空輻射環(huán)境中生物DNA發(fā)生的變化。

阿爾忒彌斯2和3將會繼續(xù)使用Block1型號，而從阿爾忒彌斯4開始，將會開始使用Block1B型，不過由于發(fā)射Block1B型需要的移動發(fā)射平臺ML-2的制造延期等原因，阿爾忒彌斯4任務已經(jīng)拖延至2027年，甚至還有可能繼續(xù)延期，阿爾忒彌斯5之后的任務的日期則依然無法確定。而至關重要的星艦登月版，太空探索技術公司方面目前還沒有給出這一型星艦進行首次測試的詳細日期。截止至今年8月1日，星艦本體和托舉它的超重型火箭都還沒有進行過首飛，而至于星艦登月版，除了一些渲染圖之外目前還沒有見到實際的模型搭建，目前已知星艦登月版的亮相時間不早于2023年之前。困擾阿爾忒彌斯計劃的除了部分系統(tǒng)的進展緩慢，還有一些令人匪夷所思的超支問題，但是此問題十分復雜，在此不做贅述。而計劃中的無人任務已經(jīng)在進行中，將在不久的未來一一啟程。

以月神之名命名的阿爾忒彌斯計劃昭示了美國人重返月球的渴望，其中有重振美國航天工業(yè)、刺激相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展、開發(fā)月球資源的愿景，也有被其他國家的月球探索計劃刺激的因素。無論如何，和平開發(fā)月球資源、共同造福各國人民，才是這個即將到來的月球大開發(fā)時代應有的主旋律。