去年 12 月的一天，月球机器人初创公司 Astrobotic 的 25 岁项目经理约翰·沃克·穆斯布鲁格坐在公司的洁净室前，看着一个比他还老的仪器被安装到一个月球着陆器上。这个名为“游隼”的飞行器是一个四条腿的、包裹着箔片的罐子，和一个热水浴缸一样大。该仪器——着陆器引起的表面和外逸层变化，或 SEAL——是一个鞋盒大小的传感器，旨在研究航天器着陆如何扰乱月球尘埃。“游隼”号计划于今年晚些时候发射——这只是众多私营公司在多年的准备之后争先恐后发射的众多任务之一。自 2007 年成立以来，Astrobotic 一直作为已解散的谷歌月球 X 大奖赛的竞争对手，致力于其着陆器的研发，并与希望在其上放置仪器的公司签署协议，计划最终发射。但在 2018 年，美国宇航局打来电话，提出了一项资助计划，该计划将使 Astrobotic 在本世纪中期成为多家月球渡轮公司之一。从那时起，沃克一直在准备像 SEAL 这样的有效载荷。“突然，在十月下旬，[美国宇航局的代表]开始出现，”沃克说。“一切都变得非常真实。”
在未来四到五个月的某个时候，半个世纪以来的首次美国月球任务将重返地球卫星。抵达的不会是人类——至少目前还不是——甚至不会是政府建造的。即将到来的月球舰队将由私人航天器组成，为包括美国宇航局在内的付费客户运送科学实验和其他货物。Astrobotic 的游隼号着陆器计划搭载联合发射联盟公司的新型火神半人马座火箭，该火箭计划在 2022 年底前进行首次航行。竞争对手月球初创公司 Intuitive Machines 计划在 SpaceX 猎鹰 9 号火箭上发射其月球着陆器 Nova-C，同样也在今年年底前。预计在未来六年内，还将有十几家公司跟进，运送的货物范围从磁力仪和未来月球基地营地的补给品，到少量火化的人类遗骸。
这些将只是商业太空经济逐步发展壮大的最新进展。SpaceX 于 2006 年发射了第一枚火箭，自 2012 年以来，它和其他私人公司（如诺斯罗普·格鲁曼公司）一直在向国际空间站运送货物——最近也开始运送宇航员。2021 年，期待已久的常规私人太空旅游时代到来，亿万富翁和名人客户开始乘坐火箭进入近地空间。
关于支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
但登月是一项更艰巨的任务。能够到达月球的火箭必须比正常发射燃烧更多的燃料，才能逃离地球轨道并进入月球轨道，而且这段旅程大约需要三天，而不是到达地球轨道只需几分钟。虽然像 SpaceX 这样的公司有载人飞船登月计划，但没有一家公司突破原型阶段，因此目前新的月球竞赛是由像 Astrobotic 这样的小公司率先进行的。
美国宇航局并没有退出航天器业务；其阿耳忒弥斯计划是阿波罗计划的姊妹计划，旨在到 2025 年将人类送回月球表面。自 2011 年以来，该机构一直在研发自己的新型月球火箭——太空发射系统，科学家们仍然计划在其行星探测计划下开展新的任务。但将这些较小的、近期任务外包给行业是美国宇航局现代战略的一部分，即付费给私营公司承担一部分负荷。美国宇航局官员表示，商业月球市场将增加竞争，降低价格，并确保人们无论谁入主白宫，都会继续重返月球。就公司而言，他们希望美国宇航局补贴的货物交付将启动新的经济繁荣，就像 19 世纪美国的跨大陆铁路刺激了西部发展一样。这一次的冲刺将是为了月球金属、水和氦——如果火箭开始从月球基地站发射到太阳系，这些材料可能会变得非常珍贵。
与此同时，多年来一直搁置或原本几乎没有机会进入太空的科学任务有望到达月球。例如，SEAL 仪器是在 1996 年为另一项任务制造的备用副本。当时它没有飞行，但现在，由于这场公私合作的登月热潮，它应该有机会了。
月球科学家们正怀着怀疑和希望的心情关注着这项活动。“我的职业生涯还处于早期阶段，这已经是我第二次或第三次被告知我们要重返月球了，”约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的行星科学家安吉拉·斯蒂克尔说。“但我认为这次是真的。发射计划已在案，也已付款，这是我们以前从未有过的。”
当然，任何私营企业的可持续性都取决于盈利，而月球淘金热的前景仍然是推测性的。商业月球着陆器真的有持久的市场吗？这取决于你问谁——以及新的机器人舰队能够完成什么。
私人月球任务可以说是美国宇航局 17 年前通过创建商业轨道运输服务 (COTS) 计划启动的进程中不可避免的下一步。COTS 是美国宇航局的计划，旨在在航天飞机退役后，付费给私营公司开发可以飞往空间站的飞船。美国宇航局在五年内花费了 5 亿美元，帮助 SpaceX 和轨道科学公司开发新的火箭和货船。该计划取得了成功，催生了新的可重复使用的发射器和车辆，可靠地为空间站运送补给品。SpaceX 自那以来已完成了 156 次猎鹰 9 号火箭发射，这些火箭是在美国宇航局的种子资金支持下开发的，并且在 2020 年，该公司也开始将人类宇航员送往空间站。
商业货运计划的遗产可能一直在托马斯·祖布臣的脑海中，2017 年 12 月，特朗普政府宣布了一项旨在重返月球的计划。特朗普希望在 2024 年之前将宇航员送上月球，而负责美国宇航局科学任务理事会的天体物理学家祖布臣看到了同时增加美国宇航局科学预算的机会。他开始问：“那些参加命运多舛的谷歌月球 X 大奖赛的公司怎么样了？”
谷歌和 X 大奖赛基金会在 2007 年创建的这项竞赛，将向第一家私人资助的月球着陆器颁发 2000 万美元的奖金。该计划在十年后结束，没有产生赢家；登月实在太困难和昂贵，相比之下，奖金微不足道。一家名为 SpaceIL 的以色列初创公司，曾经的竞争者之一，最终到达了月球，尽管在 2019 年 4 月发生了计划外的坠毁着陆。但在争夺奖项的过程中，几家公司建造了着陆器原型和漫游车，理论上可以向月球运送各种货物，在某些情况下，比传统的美国宇航局任务便宜得多。其中包括 Astrobotic、另一家名为 Moon Express 的公司，甚至还有像 Micro-Space 这样的小型公司。在比赛结束后，许多公司继续致力于其着陆器、漫游车和仪器的研发，在 Astrobotic 的案例中，甚至为未来的旅行排起了客户。
美国宇航局关注着这些公司和 COTS 的成功，于 2018 年创建了 26 亿美元的商业月球有效载荷服务 (CLPS) 计划，认为一项高风险、高回报的计划将使美国宇航局的资金能够获得更多的科学成果，同时鼓励新兴的月球市场起飞。在 CLPS（通常称为“clips”）下，美国宇航局付费给私营公司建造着陆器、漫游车和其他仪器，并在其上运送科学实验。祖布臣认为，这次的胜算可能比 2007 年更高：月球技术更加先进，而且有更多的火箭能够完成前往月球的旅程。
地缘政治也帮助 CLPS 计划启动。祖布臣之所以能够获得 26 亿美元的资金，部分原因是特朗普的登月雄心，部分原因是美国对中国在太空崛起的担忧。2020 年 12 月，中国的着陆器和漫游车抵达月球南极，收集了后来返回地球的样本。“我们有充分的理由相信，我们在中国有一个非常具有侵略性的竞争对手，他们将带着宇航员重返月球，”美国宇航局局长比尔·纳尔逊在 2021 年 11 月表示，他指的是中国宇航员。“美国宇航局的立场，我相信也是美国政府的立场，是我们希望首先到达那里。”突然之间，像 Astrobotic 这样的月球 X 大奖赛竞争者重新回到了游戏中，为美国的太空利益而奋斗。“2018 年，中国有一个月球任务，但美国没有签订任何着陆器任务合同，”Astrobotic 业务发展副总裁丹·亨德里克森说。“快进到 2021 年：现在已经有七份美国月球着陆器合同到位。这是一场翻天覆地的变化。”
美国宇航局的任务通常分为三类。旗舰任务，如火星漫游车或詹姆斯·韦伯太空望远镜，占据了最多的资金和最多的关注。它们通常是长达数十年的、数十亿美元的项目，由来自整个航天机构和大学合作伙伴的科学家和工程师团队运行。规模稍小的任务属于一个名为“新前沿”的类别，它们的预算上限为 8.5 亿美元。“发现”任务是最精简的，成本上限为 4.5 亿美元。启动任何这些任务都需要多年的规划和准备，而且并非每个任务都会被选中；科学家们可能在其职业生涯的大部分时间里都在尝试，然后才能成功获得“发现”任务或将仪器安装在“新前沿”号飞船上。
CLPS 计划有所不同。单个商业着陆器可能携带十几个彼此无关的有效载荷。否则需要花费数年时间准备“发现”任务提案的科学家可以改为提交一个简单的科学仪器用于 CLPS 任务，这意味着以更少的资金获得更快的科学回报。“当你可以在两年内完成时，你无需花费 15 年时间建造一艘宇宙飞船，”斯蒂克尔说。
截至 2022 年 4 月，CLPS 已授予四家公司七次交付合同：Astrobotic、Intuitive Machines、Firefly Aerospace 和 Masten Space Systems。Astrobotic 的游隼号和两台 Intuitive Machines Nova-C 着陆器率先起飞，计划于 2022 年底发射。
“我们从 50 年的月球任务空白期，转变为未来三年半内计划进行七次交付，”美国宇航局约翰逊航天中心 CLPS 计划经理克里斯·卡尔伯特在 2021 年 11 月的小组讨论会上说。
萤火虫航空航天公司希望其“蓝色幽灵”号宇宙飞船能够成为首批到达月球的私人飞行器之一。图片来源：唐·弗利
实验不会是首次私人月球任务的唯一货物。Astrobotic 的清单包括来自墨西哥航天局的项目，该机构正在发射来自拉丁美洲的首批月球仪器；一家名为 Astroscale 的日本公司，正在发送一个来自世界各地儿童信息的时光胶囊；以及两家承诺为希望为逝去的亲人举行天葬仪式的家属将火化的人类遗骸送往月球表面的公司。
但如果任务安全着陆，它们还将完成许多科学研究，可能解答我们仍然对月球存在的一些最紧迫的问题。研究人员争论我们的卫星究竟是如何形成的，以及何时形成的。他们质疑月震的性质、太阳风的风化作用以及月球水的范围和性质。科学家们不确定为什么月球的近侧和远侧看起来如此不同。解决关于月球的这些谜团将有助于我们了解人类有一天如何在月球上生活和工作。但更广泛地说，调查这些问题将有助于我们了解地球及其伴星是如何形成的，太阳是如何演化的，甚至可能像月球这样的天体对于最终生命的起源是否至关重要。
首批 CLPS 实验奖项授予了简单且廉价的科学仪器。在某些情况下，美国宇航局寻找像 SEAL 这样的备用零件，这些零件可能被搁置在架子上，可能是从以前提出的任务中取消的，或者是其他航天器上剩下的。西南研究院的行星科学家罗伯特·格里姆正在建造多种仪器，用于在不同的着陆器上飞行，他说一位机构官员曾跟他开玩笑说，“我们非常渴望有效载荷，我们将把岩石送回月球。”
在计划于 2022 年第四季度进行的首次任务中，Astrobotic 的游隼号月球着陆器将携带二十多个有效载荷——包括 SEAL 仪器——前往月球近侧东北面的六边形熔岩平原死亡湖。Intuitive Machines 的 Nova-C 着陆器之一将携带六个有效载荷前往月球西部边缘的广阔黑暗平原风暴洋。另一台计划携带质谱仪和一个名为 PRIME-1 的钻头，该钻头将从南极地区提取和采样月球冰。未来的任务将尝试更具挑战性的地点，具有更有趣的地质特征，并将携带仪器研究月球的磁场和地质，以及其他目标。Astrobotic 甚至赢得了一份价值 1.995 亿美元的合同，用于交付一辆名为 VIPER 的大型漫游车，这是一项重要的科学任务，将于 2023 年在南极勘探水。
大卫·布莱维特是约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的行星科学家，他的任务于 2021 年 6 月入选，计划于 2024 年飞行。他的项目名为“月球顶点”，将调查赖纳伽玛地区的一个磁异常现象，该地区包含一个形似蝌蚪的明亮表面标记。自文艺复兴时期以来，人们就知道了这个漩涡，但科学家们对它的形成方式争论不休。一些理论认为，月球的磁场改变了表面尘埃的运动，而另一种理论则认为，与彗星尾部的碰撞改变了月球表面。“月球顶点”将研究这个佩斯利花纹区域约一个月球日——13 个地球日——以确定漩涡的磁特性、起源等等。
在传统的美国宇航局任务选择流程下，“月球顶点”本应成为价值 4.5 亿美元的航天器的一部分。但现在，它只需 3000 万美元就能飞行，成为简陋的 Intuitive Machines 着陆器上少数仪器之一。硬件本身也比典型的行星科学任务更便宜、更简单——Nova-C 是一个细长的五足六边形，大约相当于一个英国电话亭的大小。应用物理实验室的行星科学家布雷特·德内维正在监督该任务相机的设计。“对于‘月球顶点’来说，探测器实际上就像手机摄像头探测器，”她说。
格里姆的仪器正前往薛定谔盆地，这是一个位于远侧的撞击坑，其特征是峰环——撞击坑边缘内的一个高原或次级环，是大型撞击的标志。薛定谔任务将携带一个月球地震仪——自阿波罗计划以来首次在月球上着陆的地震仪，也是首次在远侧着陆的地震仪——以及一个钻头，以研究月球内部。格里姆说，它们将提供更完整的月球内部热量和结构图景，有助于解决卫星是如何形成的。
计划在未来六年内发射的其他实验将研究航天器着陆如何影响月球风化层，探测航天器和栖息地。它们将调查月球上的辐射环境；研究其二氧化碳、甲烷和其他挥发性物质；寻找水冰；并监测表面的无线电波，为未来在月球上建造射电望远镜的计划提供信息。所有这些任务都将回答关键的研究问题，演示新技术，为科学家和宇航员最终抵达月球做好准备，并且，如果行业合作伙伴如愿以偿，还将刺激一种新型的月球经济。
当然，参与这一轮私人航天工业的投资者和企业家并非都出于科学好奇心。他们的目标是从月球资源以及对这些资源感兴趣的人和企业的激增中赚钱。但月球材料的价值仍然是假设性的。
以月球水为例，月球水可能在永久阴影陨石坑内含量丰富。从理论上讲，随着时间和努力，水可以分解为其组成部分——氧气和氢气，用于火箭燃料。然而，只有当月球最终拥有一个活跃的发射场，从而使太阳系探索经济得以发展时，开采月球水才有利可图。此外，即使市场存在，在另一个天体上创建将水转化为火箭燃料的基础设施也将是困难的。
不过，大多数投资者表示，早在月球成为采矿前哨站之前，就有钱可赚。“如果这就是全部故事，那么我会非常紧张，”风险投资公司 Space Capital 的管理合伙人查德·安德森说，该公司在 2016 年投资了 Astrobotic。安德森追踪与太空相关企业的投资，他说自 2013 年以来，已有 2580 亿美元投入了 1688 家此类公司，这证明风险投资家看到了地球之外的充足机会。
安德森说，这波实验可能会导致一个有利可图的循环，即首批仪器取得有希望的发现，从而引发更多问题，并最终引发想要定位和提取月球所能提供的任何东西的勘探者的新的兴趣。“CLPS 计划是一种非常优雅的方式，可以刺激市场并刺激市场中的多家公司，”他说。“在采矿类比中，经济围绕着人们出去寻找黄金而建立，你将开始向他们出售镐、铲子和工作服。”在月球的案例中，铲子就像通信能力和太阳能，这些都是着陆器供应商可以收费出售的商品。
伦敦政治经济学院研究生 Hanh Nguyen 研究公共政策，对商业航天工业感兴趣，她说政府资助可能会刺激新的市场。“我认为，随着政府为一些公司提供开发产品的机会，”她说，“其他公司将看到他们可以填补的服务或产品的需求。”
然而，SpaceX 有一个现成的客户群，包括其他国家的政府——阮指出，其早期客户之一是马来西亚——以及美国机构，如国防部。哈佛商学院研究太空经济学的教授马修·温齐尔说，对于月球来说，潜在的商业客户并不那么明显。“最大的好处是什么？”他说。“在月球上建立市场，人们在月球上行走的愿景，其巨大的需求将来自哪里？这正是我纠结的紧张关系，我猜想，业内人士也在纠结。肯定有人希望旅游、制造业之类的东西能够实现。”然而，温齐尔补充说，地球上充满了不受约束的资本，而太空提供了一个新的停放场所。
对于廉价、频繁的私人月球飞行前景，月球科学家往往有两种看法。几位主要的月球研究人员呼吁提高透明度和更好的规划。“我认为人们的感受很复杂，”斯蒂克尔说。
自阿波罗计划以来，月球探测一直依赖于载人航天中固有的沙文主义和自负，以及科学探索更注重目标、务实的方法之间有时令人尴尬的共生关系。“关于月球科学的有趣之处在于，它常常会卷入这些不一定由科学驱动的更大的问题中，”德内维说。即使是那些对将他们的实验送上首批私人航班感到兴奋的人也承认，CLPS 可能会削弱美国宇航局大型、大胆的月球任务。我与之交谈的一些科学家指出，这是房间里的大象，他们指出，众多小型 CLPS 任务可能不允许进行可以通过更大型任务完成的最佳科学研究。
月球探测分析小组主席，西卡罗来纳大学月球科学家艾米·费根说，社区领导人正在努力让他们的同事为 CLPS 带来的机遇做好准备，同时对可能存在的陷阱保持警惕。一些月球科学家正在 CLPS 计划之前提前思考几步，要么是因为他们担心会损害他们获得美国宇航局“发现”任务的机会，要么是因为他们只是渴望做更多的事情。
费根说，另一方面，与规模更大、成本更高的纯政府项目相比，CLPS 在面对预算削减或政治时可能更具弹性。到目前为止，拜登政府已经采纳了特朗普政府启动的阿耳忒弥斯计划，并继续为 CLPS 合同提供资金，这让一些习惯于每当新总统上任时政治风向都会转变的月球科学家感到惊讶。“在一个政府换届之后，阿耳忒弥斯计划仍然存在，这真是太棒了，”费根说。“显然，人们认识到重返月球的重要性。”
阿波罗计划是美国智力和地缘政治力量的展示，而半个世纪后的这些新任务将展示该国目前版本的政府补贴资本主义，最终与企业家分享控制权和荣誉。只想更多地了解地球伴星世界的科学家们应该得到他们的答案，无论谁发射飞船。月球，一如既往地沉默而令人望而生畏，不会区别对待。