视野 | NASA正式发布“阿尔忒弥斯”规划报告

9月21日,美国国家航空航天局(NASA)发布其“阿尔忒弥斯”月球探索计划的正式规划报告。自2017年12月美国总统特朗普签署“1号航天政策令”呼吁NASA与商业和国际合作伙伴一道领导人类探索月球及以远目的地的事业以来,NASA一直在微调规划以实现这一愿景。该规划报告描述了NASA的探索途径和迄今为止该计划所取得的进展。

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报告回答了三个问题:如何实现可持续的月球探索?美国具备哪些重返月球的基础能力?月球任务如何为未来的火星探索做铺垫?论述了“阿尔忒弥斯”计划的科学策略和月面技术策略,总结了任务核心部件建设情况、飞行就绪程度及资金要求。

可持续月球探索途径

美国当前的目标是尽早登陆月球,并为载人登陆火星任务做准备。NASA下一次登月将为一种新型可持续的月球经济体制铺平道路,并使美国商业合作伙伴和国际合作伙伴从中受益。

通过与美国工业界合作,NASA正在发展新世纪的深空居住能力并投资于月球着陆器技术。NASA在2018年发起了“商业月球有效载荷服务”(CLPS)计划,鼓励美国商业公司引进新型着陆器技术,将NASA和商业有效载荷运送到月球表面。目前有14家供应商在竞标合同,最早将于2021年开展首次任务。同时开始采购商业公司研制的“载人着陆系统”(HLS),与商业合作设计和研制载人月球着陆器,已于2020年4月向三家公司牵头的团队授出为期10个月的研究合同。NASA将在合同基准期内与各家公司合作,由政府机构和商业公司组成的团队将结合私营部门的快速创新与政府的专业经验。预计将在2021年初选定其中一到两家最成熟的设计方案予以资助。

“门户”月球轨道空间站也是NASA认定的可持续月球探索的关键组成部件,NASA将在2023年用一枚火箭将组合体一次发射入轨。

2020年1月,NASA载人探索与运行任务部(HEOMD)特许了一项针对载人登月活动的计划状况评估,审评了“阿尔忒弥斯”整体架构,要素包括管理和集成、进度风险、技术风险、计划周密性等。结果表明,载人重返月球的进度在很大程度上取决于新技术的成熟度。

阿尔忒弥斯第一阶段

目前,NASA“空间发射系统”(SLS)火箭和“猎户座”载人飞船的研制和试验已具备将航天员送入月球轨道所需的基础。2021年,首批CLPS商业有效载荷将运抵月面;阿尔忒弥斯-1任务为上述火箭和飞船组合体的无人绕月试飞任务,期间将部署13颗立方体卫星。阿尔忒弥斯-2任务为载人绕月试飞任务,将把4名航天员送入月球环境,持续约10天,整体飞行方案类似于阿波罗8号任务。

NASA将在2024年执行阿尔忒弥斯-3载人登月任务。“猎户座”飞船将运送4名航天员进入月球轨道,之后使用能与“猎户座”飞船直接对接的着陆器转移到月球表面。同时,NASA保留了与“门户”对接的灵活性。航天员将穿着NASA的新型“探索舱外移动装置”(xEMU)航天服进行大约为期一周的月面探索,然后乘“猎户座”飞船返回地球。

报告表明首次载人登月任务的确切着陆点取决于包括具体科学目标和发射日期在内的若干因素。除先前勘测结果,NASA还将利用CLPS计划获得更多月面数据,以供其确定其他载人探索区域;将预先部署一些仪器和设备,供人类航天员登月时使用。除了2名航天员(其中包括一名女性航天员),着陆器还将携带100kg科学仪器和设备降落在月面,目标是返回35kg月壤和月岩样品。在月面活动期间,航天员将居住在上升飞行器的座舱内,月面考察结束时,航天员利用该飞行器返回月球轨道。阿尔忒弥斯-3任务期间至少进行两次月面舱外活动,但如果载人着陆系统质量能降低到允许范围内,其目标是进行四次舱外活动。据估计,从2021财年到2025财年,阿尔忒弥斯第一阶段总共将需要279.7亿美元。

阿尔忒弥斯第二阶段

航天员将乘坐“猎户座”飞船抵达“门户”。为实现可持续探索,NASA将利用多年来对关键系统的投资,同时培养新的合作伙伴关系。在“门户”上,航天员将能够进行科学研究并由此下降到月面。NASA将与“阿尔忒弥斯”供应商合作,确保航天器按照国际互操作标准建造,尽可能多地使用可重复使用的组件。设计了可扩展的月球通信和导航架构(LunaNet),使月面无人着陆器、月球车和航天员都拥有与地球上类似的网络接入能力,通过绕月中继卫星将数据回传地球,接收关于太阳耀斑的实时警报,支持定位、导航和授时服务。

“国际空间站”合作伙伴亦期待与美国在月球轨道上开展合作:加拿大航天局(CSA)将为“门户”提供先进机器人;ESA将交付国际居住舱(iHab)及可提供额外通信能力的ESPRIT舱,部署科学有效载荷和立方体卫星的科学气闸舱,并为“门户”补加燃料;日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)计划提供居住舱部件和后勤补给;俄罗斯航天国家集团(Roscosmos)也表示有兴趣在“门户”上进行合作。此外,在月球表面和地月空间进行的活动通常是NASA扩大其全球伙伴关系的绝佳机会,重点是新兴的空间机构。

规划中的基地设施包括月球地形车(LTV)、可居住移动平台(加压月球车)、月球基地居住舱、电力系统及原位资源利用系统。月球资源开发和利用能力也是NASA近期投资的重点。

以上不断积累的能力对于建立月球长期探索能力及为载人火星探索做准备至关重要。

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