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不只是廁所問題:美國登月之旅暴露大量問題。

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4 名航天員 —— 美國的格雷戈里?里德?懷斯曼、維克多?格洛弗、克里斯蒂娜?庫克以及加拿大的杰里米?漢森,于 4 月 1 日搭乘太空發射系統(SLS)火箭升空,隨后乘坐 “獵戶座” 飛船繞月飛行,并于 4 月 11 日在加利福尼亞沿岸太平洋海域濺落。該任務在準備階段就遭遇諸多困難,發射日期因此多次推遲。

數十年來,重返月球的構想一直牽動著世界主要航天大國的神經。美國在 21 世紀初便積極推進相關計劃,俄羅斯正在研制的新一代 “雄鷹” 載人飛船,最初也以探月為設計目標;中國則計劃在 2030 年前實現航天員登月。

因此,“阿爾忒彌斯 2 號” 對 NASA 而言,很大程度上是一項形象工程 —— 這是自 1972 年 12 月(阿波羅計劃第六次、也是最后一次載人登月)以來,人類首次近距離抵近月球,美方計劃不再出現如此漫長的任務空窗期。

據該機構發射前官方聲明,本次任務核心目標就是完成載人往返月球的飛行,途中主要任務包括:監測乘組身體狀況、開展多項專業實驗、監測與測試各類技術系統、實地觀測并高清拍攝月球(含月球背面)。

從任務理念來看,“阿爾忒彌斯 2 號” 與 1968 年 12 月的 “阿波羅 8 號” 相似,后者是人類首次無登月載人近月飛行。當時乘組任務與本次相近但難度更高:飛船進入月球軌道后,在約 111 公里高度飛行 20 小時、繞月 10 圈,拍攝了大量候選著陸點影像。而 “阿爾忒彌斯 2 號” 僅繞月飛行,最近距月表 6500 公里,借助月球引力實現返航轉向。

通俗來講,“阿爾忒彌斯 2 號” 旨在驗證在現有技術條件下載人探月的可行性。同時 NASA 也對外發布了大量精美影像:飛船與航天員共搭載了 32 臺各類拍攝設備,含艙外攝像裝置。該機構還刷新了人類遠離地球的最遠距離紀錄:約 40.7 萬公里,超過 1970 年 “阿波羅 13 號” 的 40 萬公里出頭。

由此可見,本次任務并非嚴格的科研任務,核心價值在于獲取航天員生命狀態相關數據。為未來人類長期駐留月球、建設永久及半居住設施做準備,科研人員需要收集更多輻射等環境因素對人體的影響、月球表面隕石撞擊(航天員報告至少 5 次隕石撞擊未被設備探測到)等信息,工程師則需完成飛行技術驗證。

不妨從返航階段說起,這是飛行中最危險的環節之一:飛船再入大氣層時,表面溫度將升至 2700–2800 攝氏度。“阿爾忒彌斯 2 號” 的返航過程尤為關鍵,原因在于 2022 年底執行的無人任務 “阿爾忒彌斯 1 號” 出現意外:飛船隔熱盾在再入高溫環境下出現超 100 處破損,部分部件甚至脫落。

問題根源在于新型再入方式 ——NASA 測試了所謂 “跳躍式再入制導” 技術:飛船先進入大氣層上層,受大氣反彈 “躍出”,隨后再次切入更深處的目標區域,原理類似扁石在水面打水漂。但該方式導致溫度多次驟變,隔熱層內積聚的氣體無法有效排出,從內部撐裂了部分構件。

不過飛船主體完好,NASA 依據傳感器數據表示,即便當時艙內有航天員,也不會受到傷害,該任務仍被判定為成功。因此 “阿爾忒彌斯 2 號” 并未重新設計隔熱盾,僅做小幅優化,核心是簡化再入軌跡,將彈跳幅度降至最低。最終,“阿爾忒彌斯 2 號” 順利返航。

通信保障是航天任務的另一核心要素。NASA 長期使用上世紀 50 年代末至 60 年代初研發的 “深空網絡”(DSN),該系統由分布在全球三地的三座無線電天線組成,可基本實現與月球、火星等天體探測器的實時通信,故而得名 “深空通信系統”。本次 “阿爾忒彌斯 2 號” 同樣啟用該系統,乘組除在 “獵戶座” 飛至月球背地面的約 40 分鐘外,全程通過無線電與地面指揮中心保持聯絡。

盡管這是載人任務中首次應用該技術,但無線電 + 激光的混合通信模式并非全新概念。NASA 此前已多次驗證:2013 年開展月球軌道探測器激光通信演示實驗,2021 年完成地球靜止衛星激光中繼通信測試,2024 年又借助激光實現與 “靈神星” 探測器的通信,通信距離遠超地月距離。光學信號始終作為傳統無線電的補充,顯然 NASA 將在未來所有航天計劃中重點布局該技術。

“阿爾忒彌斯 2 號” 的飛行并非一帆風順:航天員多次反映廢棄物處理設備故障,郵件客戶端(兩款版本均)出現技術故障。這些問題均已解決,在整個任務中影響微乎其微,但達成這一結果的過程卻漫長且曲折。

該任務原計劃在 “阿爾忒彌斯 1 號” 后于 2024 年執行,后多次推遲,累計延后一年半。問題源于洛克希德?馬丁公司制造的飛船結構需進行系統性改進。

測試階段首先暴露生命保障系統故障,該系統負責保障航天員在軌呼吸。其一,清除空氣中二氧化碳模塊的閥門控制邏輯異常;其二,防氣體泄漏密封件出現松動。兩處問題均已修復,飛船發射前還完成了大量額外測試。

另一問題關乎飛船電池(兩組主電池 + 兩組備用電池),其為動力、通信、導航核心設備供電。壓力測試顯示,原始配置的電池無法承受應急逃逸系統啟動時的負荷(該系統在火箭發射爆炸時可分離并轉移航天員艙)。工程師不得不重新設計電池回路,包括固定部位與減震裝置,耗時頗久。

按照 “阿爾忒彌斯” 計劃基礎路線圖,原定于第三次任務實現載人登月。但 2026 年初 NASA 調整計劃,“阿爾忒彌斯 3 號” 將不再執行登月任務。

取而代之的是,2027 年乘組將在近地軌道完成 “獵戶座” 與月球著陸器(HLS,由太空探索技術公司、藍色起源公司研發)的交會對接與分離試驗,并測試 AxEMU 航天服。地面飛控中心則將監測飛船與著陸器組合體的動力、生命保障等設備運行狀態。事實上,“阿爾忒彌斯 3 號” 任務模式將與 1969 年 “阿波羅 9 號” 相仿。

載人登月計劃調整至 “阿爾忒彌斯 4 號”,任務時間定為 2028 年初。屆時 NASA 希望實現太空發射系統(SLS)火箭各部件標準化,包括搭載 “獵戶座” 與航天員入軌的二級火箭新型號。月球著陸器將以無人模式單獨發射入軌,在月球軌道完成對接作業。

“阿爾忒彌斯 5 號” 計劃于 2028 年底執行,目前尚未公布具體任務目標,此后 NASA 計劃每年發射一艘探月飛船。但眾所周知,對這類計劃需持審慎懷疑態度。

太空發射系統(SLS)火箭前景不明,其制造工藝復雜、成本高昂;月球著陸器型號至今未公布,若研發延期,所有任務都將再度推遲。近地軌道試飛還可能暴露新的技術問題。未解難題眾多。在美方解決這些問題的同時,懷揣自主探月抱負的俄羅斯與中國,完全有可能迎頭趕上。

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