NASA“阿耳忒彌斯”計劃面臨重大挑戰

NASA“阿耳忒彌斯”計劃面臨重大挑戰

2019年3月,美國副總統彭斯宣佈了一項雄心勃勃的太空計劃:要在5年之內讓航天員登陸月球,以確保美國成為21世紀第一個載人登月的國家。

  2019年5月14日,美國總統特朗普表示,將向美國宇航局(NASA)追加16億美元的預算,支持此前宣佈的有關開發月球和火星的計劃。2019財年NASA的預算為215億美元。特朗普在推特上發文稱:“我們將在本屆政府的領導下恢復美國國家宇航局的榮耀,重返月球,下一步是火星。”

2019年5月23日,NASA發佈了重返月球的 “阿耳忒彌斯(Artemis)”計劃。這個計劃一公佈,就受到美國各界和質疑,其中可以美國政府問責局(GAO)的多份報告為代表。2020年1月24日美國眾議院科學委員會,推出一項NASA授權法案,要求對“阿耳忒彌斯”計劃進行重大修改,將其作為送人前往火星任務的一部分。 由此可見,NASA 的“阿耳忒彌斯”計劃,在2020年將面臨重大挑戰。


“阿耳忒彌斯”計劃簡介


NASA“阿耳忒彌斯”計劃面臨重大挑戰

2019年5月23日, NASA發佈了《飛向月球:NASA月球探索戰略計劃》。美國重返月球計劃取名為“阿耳忒彌斯(Artemis)”。“阿耳忒彌斯”是希臘神話中的月亮女神、也是太陽神阿波羅的孿生姐姐。這份報告概述了美國2024年重返月球的計劃,將分兩階段實施。

第一個階段的目標是要在2014年登月。第一階段的具體計劃:2020-2021年執行“航天發射系統(SLS)”與“獵戶座(Orion)”飛船集成的無人飛行測試(Artemis -1任務);2022年執行“獵戶座”飛船載人繞月飛行測試(Artemis-2任務),2024年執行載人登月任務(Artemis -3任務)。在此期間,NASA還將與美國工業界合作,為快速重返月球開發月球軌道站“門戶(Gateway)”部件、無人商業月球著陸器和載人月球著陸系統,併為其提供商業運載火箭發射服務。

NASA“阿耳忒彌斯”計劃面臨重大挑戰


建設月球軌道站“門戶”是實現2024年載人登月的關鍵。在第一階段中將建設簡化的“門戶”(包括2022年發射的動力與推進部件和2023年發射的微型居住艙),為2024年載人登月提供指揮中心和集合點。2024年,航天員到達“門戶”後,利用由商業火箭發射的載人月球著陸系統的轉移級,將運送航天員從“門戶”達到近月軌道,下降級將攜帶航天員著陸到月球表面,上升級將攜帶航天員返回“門戶”。商業航天公司研製的無人商業月球著陸器,將為NASA提供月球有效載荷運輸服務,以增強月球科學和探索能力。

2019年5月16日,NASA宣佈選擇11家美國公司,為“阿耳忒彌斯”計劃研發載人登月系統。NASA表示將為這些公司提供總計4550萬美元的資金,助其在未來6個月內研發載人登月系統原型,並規定公司至少出資20%。隨後,NASA宣佈選定了三家商業公司,將科學和技術有效載荷運往月球,這一類服務被稱為“商業月球有效載荷服務”(Commercial Lunar Payload Services,CLPS)。

第二個階段的目標是於2028年具備在月球軌道及其表面的持續探索能力,為完成載人火星任務打下基礎。第二階段的具體計劃:2025-2027年每年執行1次Artemis載人登月任務,2028年執行2次Artemis載人登月任務,以在月球表面部署基礎設施,實現人類在月球表面的長期可持續的探索。在此期間,完成“門戶”全部部件(包括大型居住艙、機械臂和後勤艙等),實現載人月球著陸系統轉移級和上升級的可重複使用,研製用於轉移級和上升級的燃料補給部件等。通過“門戶”,載人月球著陸系統將實現月球表面與“門戶”之間的載人往返運輸。“門戶”將作為深空前哨站和繞月燃料補給站,並作為未來前往火星的中轉站。


GAO的評估提出多項批評


NASA“阿耳忒彌斯”計劃面臨重大挑戰


2019年5月美國政府問責局(GAO)發表報告《NASA:主要項目評估》。報告審查了NASA為人類深空探索開發的主要硬件項目。這份報告是GAO針對NASA火箭開發計劃的進度拖延和成本超支問題而展開的一系列評估的最新一份報告。在過去十年裡,NASA一直在開發兩種將人類送上地球軌道之外的關鍵運載工具。其中之一就是由波音公司研製的SLS重型火箭;另一個則是由洛馬公司研製的“獵戶座”飛船。這兩個項目原計劃在2017年首次一起發射,但該進度一直被推遲,現在改成了2020年6月。據NASA稱,這些延誤還導致了SLS項目的成本超支,總計增加了10億美元。

GAO的上述報告指出,NASA和波音公司可能無法在2020年6月的最後期限前完成任務。SLS重型火箭可能要等到2021年6月才能完成首次飛行。另外,GAO還指責NASA在SLS重型火箭和“獵戶座”飛船的成本估算上,也不夠透明。至於“獵戶座”飛船項目,其成本預計也會增加,但具體怎樣,GAO卻並不清楚,。此外,GAO發現,SLS重型火箭計劃進度只有非常小的餘量。任何拖延都可能危及NASA目前的雄心勃勃的計劃。GAO的報告指出,波音公司低估了建造SLS重型火箭所需的工人數量以及研製火箭的複雜性。

2019年12月GAO發表報告《NASA月球計劃:有機會加強對登月的分析和計劃》,更加劇了人們對“阿耳忒彌斯”計劃所需成本的困惑。報告說:“NASA局長髮表公開聲明說,Artemis 3任務可能耗資200億到300億美元,但是NASA官員告訴我們,他們不打算為Artemis 3任務制定正式的費用估計。”然而,上述費用被廣泛認為是整個Artemis計劃中的Artemis 3的著陸任務的費用,而不是報告所述的整個Artemis 3任務的全部費用。

更重要的是上述報告對NASA“阿爾忒彌斯”計劃缺乏嚴謹的論證分析,提出了批評。報告在結論中寫道: “美國NASA已經確定了月球任務結構的組成部分,如“門戶”和月球著陸器,但它還沒有完全確定整個系統的結構或建立整個月球任務的要求。”由此,報告提出:“如果美國NASA沒有一份全面的評估,證明目前的計劃是實現其長期月球探索目標的最佳途徑,那麼美國NASA就無法解釋它是如何形成目前的月球任務架構的。”


美眾議院科學委員會將推出NASA授權法案


NASA“阿耳忒彌斯”計劃面臨重大挑戰

2020年1月24日,美國眾議院科學委員會領導層推出了一項NASA授權法案,要求對NASA送人重返月球的“阿耳忒彌斯”計劃,進行較大調整。這項法案編號為H.R.5666。法案要求把2028年前送人前往月面作為中期目標,並把2033年前送人前往火星軌道作為較長遠的目標。NASA現行的重返月球規劃,要求在繞月軌道上建設一座月球“門戶”設施,以充當載人登月的集結地。與此不同,法案要把這座設施稱作“奔火門戶”(Gateway toMars),並讓其能部署到地月空間的其它位置,而且不再要求其能為載人登月提供支持。 NASA在2019年5月開始進行“載人月球著陸系統”項目招標,將通過該計劃來支持研製一兩種商業月球著陸器,並從中標廠家購買月球著陸服務。上述法案指示NASA要掌控月球著陸器的“全部所有權”,而並非從相關廠家購買服務。上述法案還指示NASA要把載人月球著陸器,由加強版SLS重型火箭(SLS-1B)作為整體來發射,而非採用商業火箭來發射著陸器各組件,然後在“門戶”上集成。 法案雖然指示NASA每年至少開展兩次載人登月,但同時明確該局探月活動要以能為後續載人火星任務提供支撐的活動為主。法案指示NASA找出“為讓載人火星任務能得以進行而必須完成的最起碼的載人和無人的月面活動”,並確定將如何在該計劃下首次載人登月任務完成後5年內完成那些活動。 法案還指出,“月球原位資源利用不應被視為能夠降低初期載人火星軌道和著陸任務的風險”;此類活動“不應納入‘從月球到火星計劃’,其預算應與‘從月球到火星計劃’分開”。與此類似,法案還限制建設任何“持續載人的月球前哨站或研究站”。 2020年1月29日美國眾議院科學委員會航天分委會通過了該法案。由於該法案招致了美國NASA局長吉姆•布里登斯廷(Jim Bridenstine)和一些航天行業人士的批評,特別是他們強烈反對法案中有關商業公司不能擁有月球著陸器的主張,因此委員會許多成員表示,他們將會繼續完善該法案。該法案的主要提倡者、該委員會主席、俄克拉荷馬州民主黨眾議員肯德拉•霍恩(Kendra Horn)表示:“這個法案不是要拒絕阿爾特米斯計劃,也不是要把人類登月推遲到2028年,NASA仍然可以努力盡早安全抵達那裡。”她說,該法案的目的是採取“財政上負責任的方式,把登月努力集中在成為第一個踏上火星的國家的目標上”。她表示,法案將解決NASA有關探月活動及如何讓這些活動能“延伸到”後續火星任務所提供的信息不夠詳細的問題。

法案送交眾議院全體表決前還要由科學委員會進行全體審議。獲眾院通過後,該法案還要與2019年11月推出的一項參議院版的法案協商一致。參議院版方案涉及的NASA“阿耳忒彌斯”計劃的改動要少得多。最後結果如何,我們將拭目以待。


“阿耳忒彌斯”計劃面臨重大挑戰


NASA“阿耳忒彌斯”計劃面臨重大挑戰

美國重返月球計劃,是美國前總統布什於2004年1月14日,在他建議的“太空探索構想”中提出的。這個構想提議美國航天員將在2020年前重返月球,並在月球建立永久基地,為登陸火星做準備。NASA為落實個構想,提出了“星座(Constellation)”計劃,其重點是研製“戰神”系列火箭和“獵戶座”飛船。幾年來,NASA為這個計劃已經花了接近100億美元。2010年4月15日美國總統奧巴馬公佈了新的太空計劃。新計劃決定取消美國重返月球的“星座”計劃,並將加快新型大型運載火箭的研發工作,直接為人類登陸火星做準備。奧巴馬反對“重返月球”的主要理由是,只重複美國多年前早已實現的載人登月任務,難於保持美國在太空的優勢地位。當然,奧巴馬對開發月球資源的前景並不樂觀,也是一個原因。

從上述歷史事實可見,NASA對建成國際空間站後的載人航天計劃的目標,曾反覆發生變化,這無疑是由於受到兩黨政治和軍工複合體利益的影響。當然,由於未來載人太空探索任務,本身也存在許多未知因素,它們也會影響計劃的目標。 NASA為了應對未來載人航天在政治上和技術上的不確定性,雖然也作了許多努力,如在計劃的目標有所變化時,儘可能減少主要的硬件項目如SLS重型運載火箭和“獵戶座”載人飛船的變化。可惜承擔火箭項目的波音公司問題多多,加上NASA的某些官僚作風,使得項目的進度一再拖延和成本一再增加,從而帶來了許多爭議。此外,從“阿耳忒彌斯”計劃的嚴謹性來看,Artemis3計劃的細節和成本也不夠清䀿,特別是“門戶”月球軌道站在未來載人火星任務中的作用,也顯得很模糊,確實需要進一步論證。此外,NASA在上世紀曾認為降低航天運輸系統的成本是大規模開發太空資源的基礎,曾在發展航天飛機後探索過發展空天飛機(NASP)和單級入軌(SSTO)的火箭飛機等,但都半途而廢。進入21世紀後,NASA除了鼓勵商業公司發展重複使用技術外,自身的有關研究卻處於長期停頓狀態,從而在目前航天運輸系統的成本仍然較高的條件下,必然會讓人對月球基地的開發產生種種疑慮。由此可見,美國政府問責局和眾議院科學委員會的意見,也值得NASA重視。總之,2020年對美國“阿耳忒彌斯”計劃來說,既是充滿挑戰的一年,又是計劃成敗的關鍵一年。 從總體上看美國“阿耳忒彌斯”計劃的變化,對中國既定的載人登月計劃沒有影響或影響很小,但他們的許多分析和討論,仍然可為我們提供借鑑和參考。


分享到:


相關文章: