导语:上个世纪六十年代,美国通过实施“阿波罗计划”实现了人类历史上的首次登月,迄今,已经过去了半个多世纪。为实现人类的“下一个一大步Thenextgiantleap”,美国通过实施“阿尔忒弥斯计划”,期望于年前实现人类重返月球,并计划于年前人类首次登陆火星。
一、历史回顾
年4月12日,苏联宇航员尤里·加加林搭乘东方1号飞船升空,成为第一个进入太空的人。
苏联宇航员尤里·加加林和东方一号飞船这一消息极大刺激了冷战对手的美国,更加深了其在太空竞赛中落后的恐惧。5月25日,时任总统肯尼迪在演讲中向国会提出:要在年代结束前将美国宇航员送上月球。尽管在肯尼迪发表这段演讲20天前,美国刚刚把第一个宇航员——艾伦·谢泼德送入太空,而且他还没有进入地球轨道。
八年后的年7月16日,土星5号运载火箭载着阿波罗11号飞船从美国卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心点火升空,开始了人类首次登月的太空征程。美国宇航员尼尔·奥尔登·阿姆斯特朗、巴兹·奥尔德林、迈克尔·柯林斯驾驶着阿波罗11号宇宙飞船跨过38万公里的征程踏上了月球表面。
尼尔·奥尔登·阿姆斯特朗“这是我个人的一小步,但却是人类的一大步”(Thatsonesmallstepforaman,onegiantleapformankind)。
此时的美国,自豪感爆棚!
阿波罗计划共实施了6次成功登月,至年12月阿波罗17号结束。至今,人类已经有半个世纪没有进入地球轨道以外的深空领域。
二、计划过程
年1月,时任美国总统乔治·布什要求国家航空航天局提出一套完整的载人航天方案——也就是后来的“星座计划”,当时主要解决航天飞机退役后国际空间站的需要,但布什特别强调星座计划必须兼顾载人登月目标,为人类长期驻留和月球开发做准备。后来,由于预算超支和进度延后等问题,星座计划中的大部分内容都在年被继任总统奥巴马取消,但保留了猎户座载人飞船和超重型运载火箭等项目。
年6月3日,美国总统唐纳德·特朗普签署行政令,由副总统麦克·彭斯牵头,重组美国国家太空委员会。
同年12月11日,特朗普签署《1号太空政策指令》,更改了美国国家航空航天局未来的方针,要求后者整合现有资源,加快美国的探月探火步伐。
特朗普签署《1号太空政策指令》年3月26日,美国副总统彭斯宣布载人登月时间将提前至年。
同年5月14日,时任美国国家航空航天局局长吉姆·布里登斯汀宣布登月计划以希腊神话中阿波罗的孪生姐姐、月亮女神“阿尔忒弥斯”命名。7月20日,阿尔忒弥斯计划的标志图案对外公布。
阿尔忒弥斯计划的标志图案按照原定计划,美国于年执行阿尔忒弥斯1号任务,开展无人绕月飞行试验,并检查生命保障、地面发射系统等功能;年开展阿尔忒弥斯2号任务,进行载人绕月飞行测试;年的阿尔忒弥斯3号将正式执行人类登月任务。目前看整个计划将后延约一年的时间。
阿尔忒弥斯计划的任务目标首先是实现人类重返月球,并确保美国在太空探索领域的领导地位。后续将每年实施一次登月任务,并在月球建立供人类长期居住的基地,可据此开展相关的科学探测任务。另外还将在月球轨道上建设一个由多个模块组成的月球“门户”GATEWAY,也称月球空间站,可作为登陆月球和返回地球的中转站,同时作为登陆火星的重要跳板。计划的最终目标是在年前实现人类登陆火星,从而实现人类的下一个“一大步”。
阿尔忒弥斯任务目标三、系统组成
“阿尔忒弥斯计划”由多个项目组成,包括:SLS太空发射系统超重型运载火箭SpaceLaunchSystems,猎户座飞船系统(OrionMulti-PurposeCrewVehicle,简称:OrionMPCV),EGS探索地面系统(ExplorationGroundSystems),门户(月球轨道空间站GATEWAY),HLS月面着陆系统(humanlandingsystem)。对于月球基地,NASA通过商业化的月球有效载荷服务计划(CLPS)开展向月球南极地区发送小型机器人、着陆器和漫游车,以及共同完成系统的集成和操作等。
SLS太空发射系统
阿尔忒弥斯计划中的主力运载火箭是SLS太空发射系统(英文:SpaceLaunchSystem),该火箭是NASA自行研制的一款超重型运载火箭,亦是现阶段运载能力最强大的火箭,其起飞推力吨,月球轨道运载能力大于27吨;改进后的火箭起飞推力将提高到吨,月球轨道运载能力将超过46吨,可为阿尔忒弥斯计划和未来的深空任务提供发射支撑。
SLS超重型运载火箭美国NASA也考虑了备选方案包括:如蓝色起源公司的新格伦号运载火箭,联合发射联盟的火神半人马座号运载火箭,太空探索技术公司名下的星舰和猎鹰9号运载火箭等,尽管近年来美国商业火箭公司发展迅速,也具有明显的技术特色,但由于任务使命的时间和任务安全性等要求,选择SLS是综合权衡的最终结果。
猎户座飞船ORIONMPCV
“阿尔忒弥斯计划”采用的猎户座多用途载人飞船原本是美国“星座计划”(阿尔忒弥斯计划的前身)中规划的下一代载人航天系统,其设计目的是使人类往返于地球和月球之间。星座计划取消后,猎户座号飞船被保留下来,并加入到阿尔特弥斯计划中。年3月14日,美国国家航空航天局举办了猎户座号飞船揭幕仪式,首次向外界展示该飞船的全貌。
猎户座飞船ORION猎户座飞船由三部分组成:分别是发射终止系统LAS(逃逸塔)、乘员舱、推进舱,此外还有一个与火箭连接的飞船适配器。飞船全长20.4米,逃逸塔分离后7.9米。乘组人员数量最多4人,总起飞质量32.7吨。
门户GATEWAY
GATEWAY是阿尔忒弥斯计划和深空探索计划的重要组成部分。Gateway是一个绕月空间站,也是月球和深空探索的前哨站,是人类长期到达月球表面以及深空探索的中转站。通过这个“门户”飞船可以到达月球表面的任意一个地方。借助该系统,期望在月球上和月球周围获得新的经验并使NASA在未来几年内将第一批人类送上火星。
GATEWAY门户模拟图年4月1日,美国国家航空航天局与太空探索技术公司签订合同,为未来的绕月空间站“门户Gateway”提供货运服务,该空间站是美国载人登月任务的支撑结构。除货运补给外,太空探索方面还将为宇航员执行太空实验工作提供支持。据航天局此前发布的需求方案说明书,阿尔忒弥斯计划中招标的货运飞船必须有能力将至少千克的加压货物和千克的非加压货物送到绕月空间站,且能处理掉空间站内的常规废弃物。太空探索技术公司计划利用重型猎鹰火箭搭载新型飞船“龙XL”号将货物送到月球空间站——该飞船是龙飞船的升级版,能运载超过5吨加压和非加压货物。每次飞船抵达月球空间站后,都将停靠半年至一年,这样可以为空间站宇航员提供更大的“扩展空间”,以方便在货运舱开展各种实验研究。
人类着陆系统HLS
人类登陆系统HLS的作用承担月球门户至月球表面之间的宇航员运输。
年4月30日,美国国家航空航天局与太空探索技术公司SpaceX、蓝色起源公司和航天动力公司签署合同,将分别设计登月着陆器方案。这份合同的总价值为9.67亿美元,其中蓝色起源获得了过半的预算,达到5.79亿美元;Dynetics团队获得了2.53亿美元,而SpaceX最少,仅有1.35亿美元。年4月16日,马斯克的太空探索技术公司SPACEX以“人类着陆系统”(HumanLandingSystem)方案击败蓝色起源与航天动力公司,赢得了价值29亿美元的着陆器建造协议。但这个决定引起了其它很多公司的“嫉妒”,目前,据NASA报导,还将引进竞争机制以降低任务风险。
三种HL月球着力系统航天服
年10月15日,美国国家航空航天局公布了“猎户座套装”(英文:OrionSuitEquipped)航天服方案,其中包括了用于勘探月球表面的舱外探索活动装置以及猎户座船员救生服原型。
左为xEMU舱外航天服,右为OCSS舱内服舱外探索活动装置(英文:ExplorationExtravehicularMobilityUnit,简称:XEMU)是一款舱外航天服。与传统宇航服相似,但采用了最新的现代化技术,让宇航员可以在月球表面“行走”,而不是像阿波罗计划中的宇航员那样在月球表面蹦蹦跳跳。得益于腰部、手臂和腿部的轴承系统,新航天服能显著扩大穿戴者的活动范围,而且带有伸缩特性,可以适用于各种不同体型。新航天服的另一项关键创新是能无限制吸收二氧化碳,并将其排入太空。同时,新航天服能连续6天提供充足的生命供给。
猎户座船员救生服(英文:OrionCrewSurvivalSuit,简称:OCSS)是一款舱内航天服。它的重量较轻,转供宇航员在月球着陆和起飞时穿着。为了保护宇航员不受意外减压的影响,该宇航服会自动减压。它具有热保护和辐射保护功能,但没有达到“探索舱外活动服”的标准。
任务乘员组
年1月10日,美国国家航空航天局第22批宇航员(绰号“海龟”)完成训练并被分配至阿尔特弥斯计划中。该批宇航员中包括了两名加拿大国家航天局成员。年12月10日,彭斯在肯尼迪航天中心举行的会议上公布了十八名宇航员的名单,该批宇航员被称为“阿尔特弥斯队”,其中男性和女性各为九名。
十八名阿尔忒弥斯宇航员四、计划进度
阿尔忒弥斯计划分三步实施:
第一步,阿尔忒弥斯一号(Artemis1)将是一次无人绕月飞行,以便为有人深空探索奠定基础,同时展示可将人类生存空间扩展到月球以及其它地区的能力。本次飞行将对猎户座飞船,SLS火箭和肯尼迪航天中心的地面系统进行测试验证。任务时间预计为年8月。
第二步,阿尔忒弥斯二号(Artemis2)将搭载四名宇航员绕月飞行,然后返回地面。任务时间预计为年8月。
第三步,阿尔忒弥斯三号(Artemis3)继续发射四名宇航员,其中一位女性和一位有色男性宇航员将登陆月球并降落到月球的南极,另外两名宇航员在月球轨道上指挥任务的实施。任务时间预计为年8月。
年10月20日,阿尔忒弥斯1号任务所使用的猎户座号乘员舱在肯尼迪航天中心飞行器装配大楼内完成吊装工作,飞船和火箭成功组合在了一起。
SLS在总装测试大楼LAB年3月17日,阿尔特弥斯1号离开组装厂房,利用履带运输车慢慢转运至4英里(约合6.4公里)外的39B发射台,这趟旅程花费时间大约为11个小时,于3月18日抵达发射台。原本于5月发射升空,由于在发射前的湿彩排过程中出现多处问题,如移动发射塔上的阀门卡住,以及连接发射塔和SLS的一条“脐带”管道出现氢气泄漏等,在三次加氢尝试后决定停止“湿彩排”。4月25日,团队成员将阿尔忒弥斯1号从39B工位运回装配大楼(VAB),以调查问题并进行必要的修复。
在39B发射台上的SLS火箭经过一个多月的故障处理,美东时间年6月6日,NASA登月火箭SLS(太空发射系统)和猎户座飞船再次从装配大楼出发前往39B发射台测试。SLS火箭的下一次湿装彩排时间最早6月19日开始,预计最早发射时间为年8月。
转运过程中的SLS火箭后续NASA计划每年实施一次人类登陆月球,并进一步完善月球空间站及建立月球基地。这个在月球南极建设的月球基地命名为“阿尔忒弥斯”月球基地,其目标是用来探索月球的奥秘,在月球表面寻找和制造长期勘探所需的水和其他关键资源,了解更多关于我们的地球家园和宇宙的信息,了解如何在另一个天体的表面生存和活动,为后续长达三年的人类往返火星任务积累经验。
未来的的阿尔忒弥斯月球基地由月球有效载荷服务计划(CLPS)完成,包括一个月球地形飞行器(LTV,或非增压月球车),可居住移动平台(增压月球车),月球基金会栖居模块、电源系统、本地资源利用系统等。
五、阿尔忒弥斯协议
阿尔忒弥斯计划由美国国家航空航天局主导,并有多家美国商业航天企业及国际合作伙伴参与。NASA与美国国务院协调,于年宣布制定并推广《阿尔忒弥斯协议》(英文:ArtemisAccords)。《阿尔忒弥斯协议》标称自己加强并实施了年的《外层空间条约》。它们还加强了美国和伙伴国对《登记公约》、《救援和返回协议》以及NASA及其合作伙伴支持的负责任行为的最佳实践和规范承诺,包括公开发布科学数据。目前该协议排除了俄罗斯、中国加入的可能性,是一个典型的单边协议。
年10月14日,美国国家航空航天局与澳大利亚、加拿大、意大利、日本、卢森堡、阿联酋、英国等7个国家的航天机构签署了《阿尔忒弥斯协议》。
年11月13日,乌克兰国家航天局