NASA發布最新《載人探月戰略計劃》：Artemis計劃

來源:中國科協創新戰略研究院《創新研究報告》

第41期（總第373期）2020-08-09

編者按：2019年9月，美國航空航天局（NASA）發布了最新的《載人探月戰略計劃》（Forward to the Moon: NASA's Strategic Plan for Human Exploration），提出了載人太空探索的總體路徑和重點任務。NASA將與商業夥伴和國際合作夥伴一道，引領一項富於創新且持久的宇宙探索計劃，即Artemis計劃，使人類能夠在太陽系中拓展生存空間，並獲取新知識和新機遇。從超越近地軌道開始，美國將使人類重返月球並開展長期探索和開發，為人類前往火星和其他目的地打好基礎。

一、載人探月計劃的背景和目標

2017年12月，美國總統籤署了《空間政策指令-1》，在該指令中，要求NASA「與商業和國際合作夥伴共同領導一項創新和可持續的探索計劃，以實現人類在整個太陽系的擴張，並為地球帶回新的知識和機遇」。為了回應這一大膽的呼籲，並與《2017年NASA過渡授權法案》保持一致，NASA向國會提交了《國家空間探索計劃》，旨在為NASA的長遠目標明確方向，確保美國在空間科學和探索方面的領導地位。

1. 為什麼要去月球？

•驗證火星載人登陸計劃的技術和能力；

•鞏固美國在太空的領先地位和戰略存在；

•激勵新一代投身科學、技術、工程和數學等理工科事業；

•引領科技變革；

•擴大美國全球經濟影響力；

•拓展美國在深空領域的產業和國際合作。

2．先月球後火星

登月計劃中，太空人距離地球只需要3天的航程，風險可以接受。因此，在實施為期2-3年的火星任務前，將首先在月球驗證維繫人類在地外環境中生活工作所必須的技術，並開發可靠的生命支持系統。

3. 美國在太空探索領域的領導地位

下表從不同維度列出了當前美國繼續保持太空探索領導地位所需要完成的重點任務和未來目標。

來源：根據報告整理

4. Artemis計劃

Artemis是希臘神話中阿波羅和月亮女神的孿生姐妹，象徵著人類重返月球之路。因此，NASA 將2024年前太空人重返月球計劃命名為Artemis計劃。Artemis計劃中，太空人將踏上人類從未涉足過的地方—月球南極。Artemis計劃的遠景目標是將人類送上火星，開啟下一個探索時代。

二、ARTEMIS計劃第1階段任務：2024年前登陸月球南極

ARTEMIS計劃第1階段任務核心是在2024年前登陸月球南極，總體任務框架如下圖所示：

圖1 ARTEMIS計劃第1階段任務分解

1. 增加預算

2020財年預算修正案不但沒有消減NASA已有項目，而且在總統最初的210億美元預算請求的基礎上額外增加了16億美元。這是美國宇航局面向2024年的任務所需要的必要條件。

10億美元用於商業合作夥伴加緊開發太空人往返月球表面和月球軌道站的載人運輸系統；6.51億美元用於為實施2024年的登月任務而建造的太空發射系統（SLS）和獵戶座飛船（Orion）；1.32億美元用於開發新技術，以幫助太空人在月球表面和深空的生活和工作；9000萬美元用於科學研究，以實現載人登月前先期開展月球南極的機器人探測。

2. 太空發射系統（SLS）和獵戶座飛船(Orian)

獵戶座飛船：唯一能夠執行載人深空任務、提供緊急中止能力和達到月球逃逸速度安全返航的太空飛行器。

太空發射系統：唯一能夠運送搭載著太空人的獵戶座飛船進入深空的火箭。

國家動員能力：SLS和獵戶座計劃（包括甘迺迪航天中心的地面探測系統支持）集成了50個州3800多家供應商和60000多名工人。

3. 月球軌道站

•初始階段的月球軌道站將由若干段艙體組成，既能支持2024年人類登月任務，又能支持第2階段任務所需要的最低限度；

•為2024年載人登月提供指揮中心和集結點；

•在月球周圍建立戰略存在——體現美國的領導作用；

•為月球的登陸體系提供靈活和堅實的保障；建造靈活且可靠的月球軌道站；

•軌道站的開放性結構和操作標準的可兼容性使得積木式搭建成為可能，有助於國際合作和未來擴建。

4. 2024年登陸月球

NASA計劃於2024年在月球南極目標地點登陸。NASA將和商業系統合作，共同完成這一目標，NASA主要負責運送人員，商業系統負責運送貨物和設施。從當前到2024年，美國工業界提供從月球軌道站快速重返月球並可在月球軌道站持續存在的發射和載人著陸系統。

Artemis I：SLS發射系統和獵戶座飛船作為一個綜合系統的首次飛行試驗。

Artemis II：機組人員首次乘坐SLS發射系統和獵戶座飛船繞月飛行。

Artemis III：第一批太空人到達月球表面；為2024年的月球地面任務提供後勤保障。

動力和推進元件（PPE）：通過商用火箭將PPE運到近直線暈軌道（NRHO）。

加壓艙：在登月前供太空人檢查系統的區域。

載人著陸系統具備的功能：轉移功能（將登陸器從月球軌道站轉移到近月軌道），下降功能（從運載工具下降到月球表面），上升功能（從月球表面上升到月球軌道站）。

5. 2024年之前的月球科學研究

（1）極地登陸器和月球車：

首先直接測量極地揮發物，提高對其橫向和縱向分布、物理狀態和化學成分的理解；

提供太陽系最大撞擊區南極Aitken盆地的地質情況。

（2）非極地登陸器和月球車：

探索阿波羅登月沒有研究過的有科學價值的地域，包括在月渦登陸並首次進行月面磁場測量；

繼續引導科學發現，如建立地理網絡分析和探索月球火山區以了解火山演化。

（3）在軌數據收集：

在Artemis I階段部署多個微型衛星；

通過月球荷載供應商或通信/中繼太空飛行器發射微型衛星獲取新的科學價值數據集；

繪製月球礦物圖，包括資源標識、月球元素分布圖和改進的揮發成分圖。

（4）資源就地利用的初步研究：

分析月冰的組成，尋找就地使用月冰維持基地運行並補給燃料的方法。

6. 月球/火星任務需要突破的技術

NASA在執行月球/火星任務的過程中需要具備多種前所未有的能力。包括：快速安全高效的太空運輸能力、到達多個地表著陸點的能力、遠離地球的可持續生活和工作的能力以及對太空資源的改造和發現能力，其涉及的主要相關技術如下圖所示：

圖2 Artemis計劃任務的相關技術

三、ARTEMIS計劃第2階段任務：保持月球存在，建立前往火星的能力

ARTEMIS計劃第2階段任務框架如下圖所示：

圖3 ARTEMIS計劃第2階段任務分解

1. 維持月面存在，為登陸火星打好基礎

主要完成以下主要工作：

•保持美國主導的月球探測和戰略存在；

•發揮國際合作的潛力；

•開展有意義的、長期的人類太空任務；

•了解太空環境對人類工作能力的影響；

•發展可重複使用的航天系統；

•開展史無前例的地外科學研究；

•在月球和火星上開拓嶄新未來。

2. 2024年以後的科學研究

（1）月球軌道站任務

•火星任務推進系統的深空試驗；

•主導開創性的科學研究和觀測；

•降低人類風險的火星運輸試驗臺。

（2）月面勘探任務

•尋找就地利用資源生產燃料和生活物資的方法；

•全新認識月球起源和演化；

•研究月球隕石坑及其形成機理；

•構建複雜的月表科學測量儀器;

•為人類在月球上的持續存在提供信息和支持。

（3）依靠遙控機器人的長期科學研究

•投送遙控月球車對人類難以到達的月表區域開展探測。

文章來源：https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/america_to_the_moon_2024_artemis_20190523.pdf

編譯：王楠 江曉波 羅彧

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