NASA 的阿耳忒弥斯计划因其早在 2024 年将人类送回地球卫星月球的目标而被称作雄心勃勃。但其最宏大的愿望完全是另一回事：一项通过开采月球水冰储量来开创可持续月球运营时代的计划。一旦开发，这个地外水库可能成为支持人类前哨站的生命之源，不仅提供饮用水，还提供氧气甚至火箭燃料。
尽管在月球卫星两极阴暗的陨石坑深处探测到了水冰，但仍然缺乏深入的科学数据来真正将其标记为富含水。在月球上建立可持续的人类存在需要解决两个主要的、根本性的未知数：那里究竟有多少冰可供使用？以及提取难度有多大？
在未来几年，NASA 将派遣一系列航天器来解渴其对更多水冰数据的渴望，并维持其对支持广泛的人类月球探索的阿耳忒弥斯基地营的追求。
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月球搭便车者
几艘低成本小型航天器，被称为立方体卫星，将很快作为二级有效载荷在阿耳忒弥斯 1 号火箭（NASA 强大的太空发射系统的首次飞行）上被送往月球。该火箭目前的目标是 2021 年发射。
它将包括月球手电筒，这是一项由喷气推进实验室领导的立方体卫星任务，旨在照亮和研究月球表面的冰。该航天器将使用近红外激光照射其黑暗的极地区域，同时车载反射计将测量表面纹理和成分。
阿耳忒弥斯 1 号还将搭载月球冰立方，这是一艘由莫尔黑德州立大学的团队设计和建造的航天器，它将寻找月球上的水冰和其他资源。它还将判断水和其他挥发物的分布，作为时间、纬度以及月球表面年龄和成分的函数。与月球手电筒不同，月球冰立方的研究主要不局限于月球的阴影区域。
然后是月球极地氢绘图仪，或称 LunaH-Map。LunaH-Map 的大小如鞋盒，是由亚利桑那州立大学领导的一项工作，旨在绘制月球南极永久阴影区域内富含氢的区域（通常与冰沉积物相对应）。
为了确保万无一失，还有月球开拓者——一项由加州理工学院领导的量化和研究月球水的任务，它将与阿耳忒弥斯 1 号上搭载的三艘航天器分开发射。它将使用先进的红外传感器，制作高分辨率地图，以绘制水的形式、丰度和分布，并进一步阐明月球水存在的环境条件。这艘航天器太大而不能归类为立方体卫星，它可以辨别哪些永久阴影陨石坑在地表有大量水冰沉积物，哪些是“空的”或拥有不易提取的水合矿物质。月球开拓者可能准备在 2022 年底发射。但它可能要到 2024 年才会升空，届时它计划搭乘 NASA 的星际测绘和加速探测器 (IMAP) 任务。
艺术家构想的 VIPER 移动机器人，它将在月球南极漫游，寻找水冰。图片来源：NASA 艾姆斯研究中心和丹尼尔·鲁特
步入正轨
在某些方面，NASA 在搜寻月球水冰方面已经步入正轨。6 月 11 日，该机构宣布，它已授予位于匹兹堡的航空航天公司 Astrobotic Technology 一份价值 1.995 亿美元的合同，用于部署另一项任务：挥发物调查极地探测车 (VIPER)——使用该公司的格里芬着陆器。
该协议是航天机构的商业月球有效载荷服务计划的一部分，在该计划中，NASA 与私营公司签订合同，将设备放置在月球表面。该机构仅提供有效载荷和服务现金。
该计划要求高尔夫球车大小的 VIPER 在 2023 年从 Astrobotic 的着陆器上滚下来，地点仍在月球南极附近的一个未确定的地点。在其为期 100 个地球日的任务中，探测车将穿越数公里，并使用科学仪器检查各种月球环境，以寻找水冰。探测车还将配备一个钻头，可以向下钻探到月球表面一米深处。
NASA 行星科学部门主管洛里·格莱兹表示，VIPER 本身的具体价格标签仍有待确定。但该任务正在向前推进。至于水冰探索，“我们有很多大问题——不知道它是什么，在哪里，还有什么与它在一起，”她在最近的一次媒体简报会上说。
证明储量
尽管它们的重叠目标可能使其中一些任务显得多余，但事实上，为月球水冰淘金热做准备的工作非常多，甚至可能需要更多的航天器。
科罗拉多矿业学院空间资源中心主任安吉尔·阿布德-马德里表示，到目前为止，从遥感探测器收集的所有信号和测量结果仅构成月球上存在水的初步迹象。“借用采矿行业的术语，我们只知道月球上的水是一种‘推断资源’，而不是‘探明储量’，”他说。后者“是建立具有商业吸引力的商业用途开采作业，或向航天机构保证宇航员可以依靠这些水生存所必需的。”
阿布德-马德里预见，要达到令人羡慕的水平，将需要开展更全面和更有条理的月球勘探活动：一支航天器舰队，其中包括大量的低成本撞击器和钻探和沟槽取样器，以及成群的机器人探测车。密苏里科技大学的地质与采矿工程师莱斯利·格特施说，如果没有这种强有力的努力，关于月球水冰沉积物的数据将“过于稀疏、粗略和不确定，无法进行超出粗略规划的工作”。
她说，特别是 VIPER 任务可能是多阶段努力的第一部分，目的是详细查明和描述地面以及轨道上的水冰沉积物。从那里开始，后续的调查可以收集更多关于实际冰沉积物的物理形态和纯度的更精细信息，这些信息很可能与一定量的月球土壤混合在一起。最终，所有这些来之不易的知识可以使更复杂和更有利可图的活动成为可能——从规划挖掘到建立加工厂和安排生产运行。
格特施说，如果没有如此庞大的数据集，在制定可能的采矿和加工沉积物方法方面取得有意义的进展可能会遥不可及。“现在正在设计的创新方法可能会被证明是误入歧途的死胡同，也可能是辉煌的飞跃。”“地球上矿区的历史充满了这两者的例子。我们可以从过去学习。”
中佛罗里达大学的博士后研究员凯文·坎农认为，应该吸取的教训之一是不应该使每个任务都严格地以科学为中心。对于开发月球冰作为资源最相关的许多未知数，例如哪些矿床最容易开采且最具经济效益，对科学的意义微乎其微。
坎农说：“我认为像 LunaH-Map 和月球开拓者这样的新轨道飞行器将主要在我们在已知的基础上提供渐进式的改进。”他补充说，为了回答关于冰的数量和质量的最重要问题，机器人探测器以及最终的人类进行的现场侦查可能是必要的。
“我认为 VIPER 探测车是一个很好的开始，尽管它以科学为导向，”坎农说。“我们需要专门的、以资源为中心的任务才能真正了解其经济潜力。”
阿耳忒弥斯宇航员在月球上工作的插图。图片来源：NASA
新的月球协议
似乎可以肯定的是，随着世界对月球潜在经济价值的了解不断深入，规定月球活动的新的规章制度可能会变得必要。因此，NASA 在 5 月公布了该航天机构称之为阿耳忒弥斯协议的摘要。“我们需要一些新的东西。一个新的法律框架来支持阿耳忒弥斯活动，”NASA 国际和机构间关系代理副局长兼协议制定的关键领导者迈克·戈尔德说。
他们的关键原则之一与未来月球资源的利用有关。具体而言，该协议的摘要文件指出，“在月球、火星和小行星上提取和利用资源的能力对于支持安全和可持续的太空探索和开发至关重要。”
但这一声明取决于月球真正能提供什么。“我们甚至不知道相对于月球而言，未知的未知数是什么，”戈尔德说。“我们真的才刚刚开始触及我们对月球物理学、地质学和机遇的知识的皮毛。”
戈尔德说，这种不确定性是阿耳忒弥斯协议中的原则需要相对笼统的原因。“就目前而言，我们需要以通用方式谨慎行事。我们将学到一些东西，我期待惊喜，”他补充道。“我确信当我们探索月球时，我们会遇到非凡的启示。我们对月球的了解以及它为我们准备的惊喜不容低估。”