经过十多年的发展，NASA 新型登月火箭终于将尝试摆脱地球引力的束缚，翱翔太空。
该航天机构已正式将 8 月 29 日定为其阿耳忒弥斯 1 号任务的发射日期。本次飞行将是一系列复杂太空飞行的开端，这些飞行可能会将人类送回月球表面——以及踏上前往火星的曲折道路——这将是自 1972 年最后一次阿波罗任务以来的首次。阿耳忒弥斯 1 号将最早于美国东部时间上午 8:33 从佛罗里达州卡纳维拉尔角附近的 NASA 肯尼迪航天中心 39B 发射台发射升空，备用日期定为 9 月 2 日和 5 日。
“我们已‘准备就绪’，可以发射，这绝对是非常棒的。这一天已经到来很久了，”NASA 副局长鲍勃·卡巴纳在 8 月 22 日阿耳忒弥斯 1 号飞行准备就绪审查后的新闻发布会上告诉记者。
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但卡巴纳和其他人很快强调，这次任务并非没有风险。阿耳忒弥斯 1 号是一次测试飞行——一次超过一百万英里的旅程，它将全面测试该航天机构新型载人硬件的性能。这是 NASA 的太空发射系统 (SLS) 的首次飞行，也是猎户座载人舱首次感受到月球引力的拉力，以及飞船的隔热罩首次经历在地球大气层中炙热坠落。不可避免的是，并非所有事情都会完全按照预期执行。因此，不会有人员在船上——那将不得不等到后续的阿耳忒弥斯 2 号飞行，乐观地计划在 2024 年进行。但这次任务仍然会搭载一些附属物——一些次要的科学有效载荷，这将帮助研究人员更好地了解探索深空和月球环境的怪异之处和挑战。
“我们在讨论中使用‘探索’这个词，我认为有时我们会忘记探索是什么。那就是——我们不知道所有的答案，”丹尼尔·邓巴切尔说，他在在 NASA 工作期间负责监督 SLS 的初步开发，现在担任美国航空航天学会的执行主任。“这个发射系统将使我们能够将人类和设备送入太空，这是我们很久以来没有过的能力。”
尽管 NASA 怀有扩大人类外星视野的崇高目标，但多年来因其对 SLS 和猎户座的处理而面临批评。抱怨主要集中在开发和建造硬件的成本膨胀上，现在已知超过 400 亿美元，一些批评人士说，这是该机构组装航天器的传统方式造成的后果。NASA 没有与更灵活、成本更低的商业公司（如 SpaceX 或蓝色起源）合作，而是转向少数几家传统的航空航天承包商——如波音、洛克希德·马丁和诺斯罗普·格鲁曼——这些承包商习惯于交付可靠但总是落后于计划且超出预算的结果。
“我们现在看到这两个相互竞争的要素同时进行：SLS，它代表了以前的太空承包模式，相比之下，还有商业计划，”史密森尼学会国家航空航天博物馆的阿波罗藏品历史学家和馆长蒂塞尔·缪尔-哈莫尼说。这两个相互竞争的阵营在 2021 年 4 月有所融合，当时 NASA 宣布，阿耳忒弥斯计划的首批登月宇航员——至少其中一位将是首位登上月球的女性——将从地球发射，乘坐猎户座舱，在 SLS 火箭的顶部但将使用 SpaceX 正在开发的星舰飞船作为月球着陆器。
然而，根据缪尔-哈莫尼的说法，阿耳忒弥斯计划最直接的影响可能不是改造 NASA 的航空航天承包，而是它为全球未来的科学家、工程师和探险家提供的灵感——所谓的阿耳忒弥斯一代。
“对于那些真正对阿波罗计划的月球探索感兴趣和热情的人们——现在距离 1972 年 12 月的最后一次阿波罗任务已经 50 年了——看到人类重返月球探索进程中的这个重要步骤令人兴奋，”她说。“并且仅仅看到这个计划的演变和所有不同的参与者——这是美国太空探索如何完成的一个很好的例子。”
带我飞向月球
在其最宏伟的实现中，阿耳忒弥斯计划——以希腊神话中阿波罗的姐姐命名——可能会导致新的空间站绕月球轨道运行，称为门户，以及月球表面的前哨站，人类可以在那里安全地生活和工作很长时间。月球表面的宇航员配备了比阿波罗时代的前辈更强大的工具和科学仪器，可以迅速对地球最近的邻居做出重大的新发现——或者收获其尚未开发的自然资源。当然，阿耳忒弥斯最终可能是将人类发射到更远地方的途径。
“我们要去火星，我们重返月球是为了学习生存、工作和生活，”NASA 局长比尔·纳尔逊在 8 月 3 日的简报会上说。“如何在那些恶劣的条件下维持人类的生命？我们将学习如何利用月球上的资源，以便在未来能够建造东西，随着我们前进。”
SLS 通常被称为有史以来建造的最强大的火箭——预计最终形式甚至比土星五号更强大，土星五号在 20 世纪 60 年代和 70 年代将阿波罗宇航员送到了月球表面。与土星五号火箭一样，SLS 的主级使用液体燃料的混合物。但与它的前辈不同，它还依靠一对固体火箭助推器来提供爬出地球引力井所需的额外动力。322 英尺高的火箭可以将 59,000 磅的有效载荷发射到月球轨道及更远的地方，使人员和货物一步到达深空，从而最大限度地降低成本和重复发射的风险。
“每次发射都有风险，无论如何，因此从任务可靠性的角度——从成本的角度来看——这个系统给了我们最大的灵活性来完成最多的任务，”邓巴切尔说。他说，SLS 还应该能够将宇航员发射到火星，如果这样的任务实现的话。
“问题是：阿耳忒弥斯是这个国家的优先事项吗？我们是否像阿波罗时期那样，觉得我们必须在未来几年内让人类登上月球？”NASA 前副局长洛里·加弗问道。“如果这个计划的完成方式与阿波罗不同——真正降低成本，真正推进技术，并且可重复使用和可持续——我认为这将是令人兴奋的。”
自 2010 年奥巴马总统选择取消乔治·W·布什时代的名为星座计划的计划以来，SLS 和猎户座一直是该航天机构的负担，星座计划本应是航天飞机的继任者。国会中有权势的议员进行了反击，包括当时的参议员纳尔逊，正如加弗在她最近的回忆录《逃离引力》中所述。他们推动现有的星座计划合同基本上保持不变，为其选区的航空航天公司提供资金，并授权 SLS 在 2016 年底前发射。
但到达发射台将花费十多年的时间和数十亿美元的额外支出。
“我认为，在太空探索方面，真正重要的是要认识到，它始终与政治和政治激励密切相关，”缪尔-哈莫尼说。“如果我们要求纳税人资助它，并且我们要求国会支持并使其成为国家优先事项之一，那么它将与政治挂钩是有道理的。”
由于这些国会运作，SLS 在某种程度上是“弗兰肯斯坦”火箭，由各种来源的组件组装而成，其中一些组件在几十年前用于支持 NASA 的航天飞机机队时是最先进的。波音提供火箭的核心级和上面级，诺斯罗普·格鲁曼制造双固体火箭助推器，航空喷气-罗克达因建造了主发动机和上面级发动机，以及猎户座载人舱的主发动机和辅助发动机。洛克希德·马丁设计并建造了猎户座飞船，现在的价格标签超过 80 亿美元。
如果这听起来像是一大笔钱，那是因为确实如此。NASA 监察长办公室最近的一份报告估计，单次 SLS 发射的总成本约为 40 亿美元。该报告表明，到 2025 年底，在宇航员甚至还没有登上月球表面之前，阿耳忒弥斯计划的支出可能超过 900 亿美元。
“这是一个可观的价格标签。但当涉及到载人航天时，我认为它在我们[历史上]支出的范围内，”缪尔-哈莫尼说。“它与我们过去在[航天飞机]上的花费更具可比性。它甚至与阿波罗都不一样。”
尽管阿耳忒弥斯计划比阿波罗计划便宜——至少到目前为止是这样——但要求阿耳忒弥斯计划取得成果的压力几乎与 20 世纪 60 年代一样高。与那时不同，当时只有美国和苏联试图到达月球，而今天，许多国家甚至私营公司都在追求雄心勃勃的月球航行计划。阿耳忒弥斯 1 号期间发生的重大灾难的后果很容易被证明对 NASA 和联邦政府资助的低地球轨道以外的载人航天事业是灾难性的。
奔向月球并返回
如果一切顺利，SLS 火箭将把猎户座舱发射到为期 42 天的太空探索之旅。航天器将沿着一条被称为遥远逆行轨道的蜿蜒路径，绕月球环绕 1.5 圈，在最近点接近陨石坑密布的月球表面 60 英里范围内。在返回地球之前，猎户座将回旋到月球背面以外 40,000 英里的地方——在那里它将创下新的距离记录。“在这次任务中，猎户座将冒险飞到比以往任何为人类建造的航天器都更远的地方，”纳尔逊在 8 月 3 日告诉记者。
阿耳忒弥斯 1 号测试轨道与载人任务将采取的路径不同。如果阿耳忒弥斯 2 号飞行，那将是一次为期 10 天的短得多的任务，最多搭载四名机组人员。但是，当猎户座在这个初始飞行中在太空中环绕时，团队将测试所有机载系统——确保航天器可以与地球通信；其制导、导航和控制系统达到标准；其推进系统可以执行必要的机动以保持航向；以及由欧洲制造的服务舱提供动力的生命支持系统运行正常。这次长期任务将把航天器推向极限，并可能挑战它在宇航员在船上时会自动避免的情况下生存——但这正是计划的一部分。
“我们正在将飞行器推向极限，真正对其施压，为载人飞行做好准备，”NASA 探索系统开发副局长吉姆·弗里在 8 月 22 日的阿耳忒弥斯 1 号飞行准备就绪简报会上说。“这非常冒险。”
猎户座之旅最关键的部分可能在航天器从月球以外返回，地球再次进入视野时开始：再入大气层。当它绕过月球背面时，猎户座的推进器将点火，使其走上返回地球的路线。
“那是我们任务中最关键的一次点火。如果那一次发生意外，而且我们没有执行它，那么猎户座舱就会损失，”NASA 的里克·拉布罗德，阿耳忒弥斯 1 号首席飞行主管，在 8 月 5 日的飞行前简报会上说。“我们必须完成那一次。”
再入点火将使猎户座在太平洋溅落，最佳地点是在加利福尼亚州圣地亚哥 50 或 60 海里范围内。当它飞速返航时，猎户座保护性隔热罩的品质将在非常真实的意义上，在一个由胶囊与空气分子之间的摩擦加热形成的灼热等离子体坩埚中接受考验。以音速 32 倍的速度飞行，航天器将冲入大气层顶层，减速，然后像石头一样弹回太空。然后，它将最终坠落到地球表面，被一个火球包裹，这个火球的温度为 5,000 华氏度，是太阳表面温度的一半。如果隔热罩发挥作用，猎户座将经受住下降并展开降落伞。如果隔热罩没有发挥作用，渗入舱内的灼热气体将摧毁航天器，就在它接近“任务成功”终点线时。
科学搭车客
阿耳忒弥斯 1 号还将携带科学有效载荷，这将帮助科学家更好地了解深空环境的复杂性。
猎户座将成为三个机载人体模型（以及欧洲航天局提供的肖恩羊玩偶）的临时家园。其中一个名为“指挥官月球人坎波斯”，穿着太空服和传感器，这将测量人类在月球之旅中可能遇到的力。另外两个——被称为幻影——模拟女性人体躯干，它们将用于测量宇航员可能吸收的辐射量。当猎户座绕月球摆动时，航天器将飞到远超出地球保护性磁场的地方，在一个相对充满高能宇宙粒子的区域，这些粒子会损害细胞和 DNA。科学家们已经知道辐射对人类有害，尤其是对女性生物学有害，因此其中一个幻影将测试一种特殊的防辐射背心。
“辐射是人类在[低地球轨道]以外进行探索的首要挑战之一，这就是为什么如此关注了解到达月球和月球的辐射环境的原因，”NASA 技术、政策和战略副局长巴夫亚·拉尔在 8 月 3 日的简报会上说。
机上还有 10 个立方体卫星——鞋盒大小的科学实验，每个重量不到 30 磅，将在发射后约两小时部署。立方体卫星的目标包括绘制月球地图、寻找月球水冰来源、监测空间天气、测试等离子体推进器和推进系统等等。一颗名为NEA Scout的立方体卫星将使用太阳帆收集的能量前往近地小行星。另一颗BioSentinel将测量辐射对单细胞酵母菌酿酒酵母的影响。第三颗OMOTENASHI将有意坠毁在月球表面。然而，具有讽刺意味的是，反复的发射延误意味着一半的立方体卫星——去年被装载到 SLS 上——将以未充满电的电池发射。
“这些轻型平台使我们能够以较低的成本但较高的风险进行研究。当然，这就是重点，”拉尔告诉记者。“当涉及到立方体卫星时，失败也是一种选择。”
这与 SLS 和猎户座形成对比。如果它们没有按预期运行，那么之后将出现的任何“B 计划”的轮廓充其量也是模糊不清的。
“这是一个庞大的系统——为了让我们达到今天的水平，已经进行了大量投资，”邓巴切尔说。“风险非常高，这就是为什么团队要确保他们做对了。”