詳解美國登月：從阿波羅登月到阿爾忒彌斯，未來要建月球空間站

·NASA登月火箭太空發射系統（SLS）是美國重返月球甚至載人登陸火星的重中之重。 SLS是目前全球推力最大的運載火箭，幾大構型分階段研發，一旦完成開發，SLS能讓宇航員開始探索太陽系深處的目的地。

·NASA計劃在月球軌道開發繞月空間站“月球門戶”，利用SLS火箭或商業火箭發射組件，在太空組裝。未來宇航員將乘坐獵戶座飛船，搭乘SLS火箭前往月球軌道。獵戶座飛船會與“月球門戶”對接，宇航員轉移到人類著陸系統，前往月球表面探索。

美東時間11月16日， 在美國佛羅里達州肯尼迪航天中心39B發射臺，美國國家航空航天局（NASA）史上最強運載火箭太空發射系統（SLS）首飛升空，執行無人繞月飛行測試任務“阿爾忒彌斯1號”，獵戶座飛船開啟繞月之旅。

NASA史上最強運載火箭太空發射系統（SLS）11月16日首飛升空。

全國空間探測技術首席科學傳播專家龐之浩對澎湃新聞（www.ditubang.cn）表示，本次發射的最大亮點之一便是SLS首飛，SLS是美國重返月球甚至載人登陸火星的重中之重。 SLS是目前全球推力最大的運載火箭，采用了部分航天飛機技術，借鑒了美國戰神運載火箭的研制思路，因此SLS的推力比土星五號火箭更大。幾大構型分階段研發，緩解了技術和資金壓力。

“阿爾忒彌斯1號”最重要的任務之一就是試驗SLS火箭，能否成功影響著后續“阿爾忒彌斯2號”（Artemis II）和“阿爾忒彌斯3號”（Artemis III）等計劃的開展。NASA計劃在月球軌道開發繞月空間站“月球門戶”，利用SLS火箭或商業火箭發射組件，在太空組裝。

未來宇航員將乘坐獵戶座飛船，搭乘SLS火箭前往月球軌道。獵戶座飛船會與“月球門戶”對接，宇航員轉移到人類著陸系統，前往月球表面探索。“載人登火星也可能從月球空間站出發，這樣更經濟，因為太空引力很小了，從那出發就不需要大推力火箭。”龐之浩表示。

從阿波羅登月計劃到“阿爾忒彌斯”計劃重返月球

在NASA的官網上，他們列舉的5條重返月球的理由是：對包括探索火星在內的一系列未來探索計劃所需的技術、能力和商業路徑進行驗證；通過對月球的研究來了解地球、月球和太陽系的起源和歷史；擴大美國的全球經濟影響力，同時在月球上建立美國的領導力并顯示美國的存在；拓寬貿易和國際合作伙伴；激勵下一代投身科學、技術、工程和數學（STEM）。

上世紀六七十年代，美蘇掀起了人類第一次探月熱潮。這一時期，蘇聯為登月研發的N1重型運載火箭四次發射失敗。“而美國的土星五號火箭發射成功，結果在美蘇載人登月的競爭中，美國取得了領先位置。后來蘇聯就轉移了方向，搞空間站去了。”

土星五號是NASA建造的重型運載火箭，在上世紀六七十年代被用于阿波羅計劃，也用于發射天空實驗室計劃。首枚土星五號于1967年發射阿波羅4號。1969年7月，由土星五號發射的阿波羅11號任務首次將宇航員送上月球，完成了美國前總統約翰·肯尼迪1961年設定的目標，人類實現登月夢。

土星五號運載火箭。

1972年，阿波羅17號任務返回地球，阿波羅登月計劃全部結束。土星五號火箭也因為阿波羅計劃的突然中止而被無限期束之高閣。不過，阿波羅登月計劃12年來成功進行了6次載人登月，12名宇航員登上了月球。

進入21世紀，人類第二次探月熱潮興起。近20年來，NASA一直試圖制造一枚巨大的新型火箭。2004年，NASA宣布了“戰神5號”火箭計劃，作為其2020年重返月球的“星座計劃”的一部分。

但在一段時間內，NASA一直在月球和火星兩個目的地之間搖擺，無法確定究竟是先載人登陸火星還是重返月球，NASA也無法承受同時開展兩個項目所需要的巨額開支。

后來“星座計劃”被取消，美國突出強調前往火星的重要性。直到特朗普當選美國總統后，把重返月球置于更加重要的位置。2019年，他要求國會對NASA增加16億美元資金，以實現在2024年以前重新登月的目標。

“阿爾忒彌斯”將“星座計劃”取而代之。NASA希望通過“阿爾忒彌斯”計劃重返月球，將首位女性和首位有色人種送上月球表面，為長期駐留月球、送人前往火星鋪路。不過，“星座計劃”中的一些子項目被保留下來，比如獵戶座飛船在過渡中幸存了下來，五段式固體火箭助推器原本是“戰神1號”火箭的一部分，結果在SLS中找到了新生命。

據space.com報道，美國國會曾在十多年前提出NASA建造用于深空探索的新火箭SLS，要求NASA使用航天飛機的固體火箭助推器等傳統硬件。

2014年，NASA宣布其史上最強運載火箭SLS已通過嚴格的關鍵性評審，正式從設計進入建設階段。當時首飛目標設在2017年，不過后來首飛時間一再推遲。

NASA登月火箭SLS。

今年，NASA原計劃當地時間4月1日-3日開展濕裝彩排測試，也就是“阿爾忒彌斯1號”不載人月球任務發射前的最后一次重要測試。但測試過程充滿曲折，不僅遭到四次雷擊，還遭遇液氫泄漏。

4月中旬，NASA宣布要將肯尼迪航天中心39B發射臺上的SLS火箭撤離，運回到火箭裝配大樓進行各種維修，更換有故障的上面級止回閥，修復液氫泄漏問題。到了6月初，SLS和獵戶座飛船再次從火箭裝配大樓出發，前往39B發射臺測試。

而定于11月16日重啟發射前，“阿爾忒彌斯1號”任務也歷經多次推遲。由于8月底出現的溫度傳感器故障，以及9月初火箭和移動發射裝置之間的接口處液氫泄漏問題，NASA放棄了兩次發射嘗試。受颶風“伊恩”的影響，9月26日，工程師把登月火箭從發射臺上撤回到火箭裝配大樓。

美重返月球的重中之重：SLS是目前全球推力最大火箭

“美國研制重型運載火箭，不光是要重返月球，另外還要載人登火星。美國阿波羅登月1972年結束，之后美國也多次反復要重返月球或者載人登陸火星，但一直沒有做成。現在經過多年研制，現在終于到了首次升空的時刻了，所以舉世矚目。”龐之浩表示。

NASA登月火箭SLS。

SLS是NASA為深空探索研發的有史以來最強大的超級重型運載火箭，也是自土星5號火箭以來NASA為人類太空旅行建造的首枚探索級火箭。NASA表示，這是唯一一枚可以在一次任務中將獵戶座飛船、宇航員和貨物直接送往月球的火箭。

“SLS是美國重返月球甚至載人登陸火星的重中之重。”龐之浩介紹，SLS是目前全球推力最大的運載火箭，“不僅近地軌道運載能力強，地月轉移軌道運載能力也是最強的，比SpaceX獵鷹重型火箭還要強。”

他表示，SLS采用了部分航天飛機技術，借鑒了美國戰神運載火箭的研制思路，因此SLS的推力比土星五號火箭更大。幾大構型分階段研發，緩解了技術和資金壓力。

為了滿足未來對深空任務的需求，SLS會演變成越來越強大的構型。每種構型的SLS火箭，其芯級都會配置4臺RS-25發動機。

首枚SLS火箭型號Block 1可將27噸以上的載荷送到月球以外的軌道。火箭高約98米，起飛質量575萬磅（約合2608噸），在發射和上升過程中可產生880萬磅（約合3992噸）的最大推力，比土星五號火箭大15%。“阿爾忒彌斯1號”任務就是采用該構型的火箭執行發射任務。

SLS的Block 1B載人火箭運載能力38噸，單次發射可攜帶獵戶座載人飛船以及用于支持在月球上持續存在所需的大型貨物。SLS火箭另一個構型Block 2型號將成為NASA向月球、火星和其他深空目的地運送貨物的主要運載工具，運載能力超過46噸。

NASA表示，一旦完成開發，SLS能讓宇航員開始探索太陽系深處的目的地，包括人類的月球和火星探測任務，以及機器人的科學任務，前往月球、火星、土星和木星等。

龐之浩認為，NASA登月火箭SLS首飛，對美國重返月球乃至載人登陸火星均有重要意義。獵戶座飛船在地球軌道已經過試驗，“阿爾忒彌斯1號”最重要的任務之一就是試驗SLS火箭，能否成功影響著后續“阿爾忒彌斯2號”和“阿爾忒彌斯3號”等計劃的開展。

建設月球空間站，成宇航員往返月球中轉站

“阿爾忒彌斯”計劃中，“阿爾忒彌斯1號”任務是一次不載人飛行測試，發射獵戶座飛船繞月飛行并于12月返回地球。“阿爾忒彌斯2號”任務是“阿爾忒彌斯”計劃首次載人飛行，2024年送宇航員繞月飛行。“阿爾忒彌斯3號”任務將于2025年再次載人前往月球，依靠人類著陸系統登陸月球，這一次將創造女性在月表行走的歷史，也是自1972年NASA阿波羅17號任務以來人類再次踏上月球。

“阿爾忒彌斯的登月方式和阿波羅計劃不一樣。”龐之浩表示，NASA計劃在月球軌道開發繞月空間站“月球門戶”，這個月球空間站相當于一個跳板，“先把宇航員送到空間站上工作，根據需要可以落到月球表面，完成任務以后再回到空間站。”采用新的登月方式效率更高，成本更低，“到月球表面也方便，在空間站工作完了以后隨時可以下去，在月球表面工作完了以后再上來。”

今年6月，NASA“地月自主定位系統技術操作和導航實驗”（CAPSTONE）衛星搭乘“電子”火箭升空。這顆立方體衛星相當于一個微波爐大小，重約25公斤，價值3270萬美元，已于11月抵達月球軌道，測試軌道穩定性。同一軌道上，NASA要建成“月球門戶”，成為宇航員往返月球的中轉站。

NASA將利用SLS火箭或商業火箭發射“月球門戶”組件，在太空組裝。“月球門戶”也是支持未來火星探索的關鍵平臺，將具備在深空持續探索和研究的多種能力，包括為各種到訪的飛船提供對接端口，為宇航員提供生活和工作的空間，開展太陽物理學、人類健康和生命科學等領域的科研。

龐之浩介紹，美國計劃2024年開始與別國合作建造月球空間站，預計2028年建成。未來宇航員將乘坐獵戶座飛船，搭乘SLS火箭前往月球軌道。獵戶座飛船會與“月球門戶”對接，宇航員轉移到人類著陸系統，前往月球表面探索。“載人登火星也可能從月球空間站出發，這樣更經濟，因為太空引力很小了，從那出發就不需要大推力火箭。”

NASA將選擇月球南極附近區域作為“阿爾忒彌斯3號”任務宇航員登陸月球的潛在地區，并選擇SpaceX星艦作為人類著陸系統，在任務期間將宇航員從月球軌道運送到月球表面。“阿爾忒彌斯計劃不像阿波羅登月，完全為了政治目的，不計成本進行研制。”龐之浩表示，與阿波羅登月計劃不同的是， 商業力量已加入重返月球計劃中，“阿爾忒彌斯”計劃發射商業月球探測器，讓商業公司在其中發揮作用。