在NASA的商业月球有效载荷服务计划（Commercial Lunar Payload Services initiative，CLPS）下，将硬件和科学实验送上月球的开局可谓坎坷。
根据CLPS计划，美国供应商已签约协助美国国家航空航天局（NASA）重振国家月球探测能力，所有这些都是为了准备最早于2026年9月在月球南极进行载人登月，这是NASA庞大的阿耳忒弥斯（Artemis）载人航天计划的一部分。
CLPS计划的全部内容是商业交付科学设备，并对技术演示进行检验；这项公私合作计划可能在2028年前授予高达26亿美元的竞争性合同。
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，您将帮助确保未来能够继续报道关于塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事。
美国国家航空航天局（NASA）表示，所有这些资金旨在成为一项具有巨大回报的、节省成本的、低投入高产出的投资，这将有助于为人类在月球上持续存在奠定基础，同时启动月球经济的创建。而且，如果在月球试验场取得成功，NASA及其商业伙伴随后可以将目光投向更高处，考虑在未来人类火星之旅中进行类似的合作。
这就是正在启动的愿景——但早期也遇到了一些障碍。
情绪过山车
首次CLPS月球任务在1月8日搭乘联合发射联盟（United Launch Alliance）的火神半人马座（Vulcan Centaur）火箭完美升空后不久就注定失败。由私营航天公司Astrobotic Technology建造的“游隼一号”（Peregrine Mission One）航天器遭遇推进系统故障，这否定了其在月球格鲁特胡森穹顶（Gruithuisen Domes）区域进行温和着陆的计划。
“游隼”号（Peregrine）装载了来自七个国家的20个有效载荷，其中包括NASA提供的实验和16个商业客户的实验。
这艘问题缠身的航天器最终在公司地面控制团队的即兴调整下，被巧妙地引导进入受控的、自毁式重返地球大气层；它在发射约10天后坠入偏远的南太平洋水域。
“这真是一场情绪过山车，”总部位于宾夕法尼亚州匹兹堡的Astrobotic首席执行官约翰·桑顿（John Thornton）说。“我们经历了发射后的最高峰——然后在几个小时后就跌入谷底。”
NASA为该任务提供了1.08亿美元的资金——桑顿指出，这个数字还包括成功费，成功费占总额的10%。他说，鉴于着陆器的结果，公司将不会收到这笔现金。即便如此，桑顿仍然乐观，并坚信CLPS方法是行之有效的，并且是可以实现的。
“我们认为这里还有业务可做，”桑顿说。“我们执行这些任务的成本仅为正常成本的一小部分。商业参与者面临的挑战是试图找到最佳点[和]通过确定承担风险以降低成本的适当位置来获得平衡。”
“游隼”号（Peregrine）事后剖析
“游隼”号（Peregrine）的事后故障审查委员会目前正在工作。它由Astrobotic和NASA人员组成，并由独立审查员担任主席，“以确保最终结果是公正的，我们能够获得真相，”桑顿说。
桑顿说，与NASA对太空事故进行的更标准和缓慢的审查相比，这次对故障原因的调查将快速进行。他补充说，迫切需要审查结果，以帮助指导“游隼”号（Peregrine）的CLPS后续任务，即Astrobotic的“格里芬”（Griffin）月球着陆器。
“格里芬”（Griffin）着陆器的运载能力是“游隼”号（Peregrine）的五倍——其中大部分将用于运载NASA的寻水挥发物调查极地探测车（Volatiles Investigating Polar Exploration Rover，VIPER）。VIPER的探测目标是诺比尔环形山（Nobile Crater）西缘附近，位于月球南极，官方预定发射时间为今年年底。但该计划的时间表可能会改变。
“我想说，我们面临时间表挑战的可能性很高，”桑顿说。“我们必须在下一次任务中做对。”
高温来袭
在“游隼”号（Peregrine）之后，下一个由CLPS资助的任务是IM-1，即直觉机器公司（Intuitive Machines）在得克萨斯州休斯顿开发和运营的“奥德修斯”（Odysseus）月球着陆器的飞行，该着陆器于2月15日从地球发射升空。2月22日，这艘耗资1.18亿美元的航天器成为自半个多世纪前“阿波罗17号”（Apollo 17）载人登月以来，第一艘实现月球着陆的美国制造探测器。
先抛开摇旗呐喊不谈，“奥德修斯”（Odysseus）号到其预定目的地——月球南极附近的马拉珀特A环形山（Malapert A）的下降过程并非一帆风顺。
小问题来自航天器先进推进系统的不稳定性能，该系统使用了低温液氧和液态甲烷的组合。更大的问题来自“奥德修斯”（Odysseus）号激光测距仪的故障——这是月球接近最后阶段的关键设备，由于直觉机器公司（Intuitive Machines）在发射前的一次疏忽而未能发挥作用。这个错误在月球着陆日反噬了他们，并迫使任务控制人员紧急寻找替代方法，以确保安全、精准的着陆。值得庆幸的是，该公司反应迅速的工作人员设法重新调整了其他机载导航仪器的用途，使下降中的“奥德修斯”（Odysseus）号到达了目标着陆区一英里范围内。
但这个六腿着陆器的着陆速度过快。它的下降速度和水平速度都高于计划，撞击更猛烈，并在倾斜的地形上滑行，在这个过程中折断了一些着陆支架。与此同时，“奥德修斯”（Odysseus）号主发动机仍在点火——当它停止时，着陆器倾斜到与地面大约30度的角度。这种倾斜的姿态减少了到达航天器太阳能电池板的阳光，并损害了几根天线，使往返月球表面的传输量减少到涓涓细流。
尽管如此，直觉机器公司（Intuitive Machines）首席执行官史蒂夫·阿尔特姆斯（Steve Altemus）认为，“奥德修斯”（Odysseus）号实现了其高级别任务目标：在过于猛烈的“软”着陆中相对完好地幸存下来，并向客户返回了科学数据。“这两个目标都实现了，所以在我们看来，这是一次完全的成功。”
坚强的小家伙
在着陆后的IM-1状态报告中，NASA约翰逊航天中心CLPS项目科学家苏·莱德雷尔（Sue Lederer）表示，最重要的是，每个有效载荷“都达到了一定程度的目标”，并将“奥德修斯”（Odysseus）号称为“坚强的小家伙”。
然而，NASA的月球羽流表面研究立体相机（Stereo Cameras for Lunar Plume Surface Studies，SCALPSS）是六个NASA有效载荷之一，未能达到其全部科学阈值。SCALPSS的重点是“奥德修斯”（Odysseus）号火箭发动机羽流在下降时如何冲刷尘土飞扬的月球表面，抛射可能损坏附近任何硬件的碎片。更好地了解火箭羽流如何在月球上扬起和输送尘埃，对于确保阿耳忒弥斯（Artemis）宇航员未来在那里安全着陆也可能至关重要。
由于着陆器激光测距仪的故障，原本用于触发SCALPSS的相关高度数据从未到达，因此该实验无法在“奥德修斯”（Odysseus）号下降期间和之后获得任何图像。
NASA空间技术任务理事会代理首席架构师兼SCALPSS首席研究员米歇尔·蒙克（Michelle Munk）说：“如果SCALPSS在着陆期间运行，处理后的结果可以可视化为月球表面的3D形状。”
蒙克说，“奥德修斯”（Odysseus）号上的直觉机器公司（Intuitive Machines）相机并未设置为收集相同类型的图像，但尽管如此，可能包含有用的线索，以帮助弥补来自SCALPSS的详细数据的缺失。
蒙克和她的同事们应该会在今年晚些时候通过下一次CLPS飞行机会——萤火虫航天公司（Firefly Aerospace）的“蓝色幽灵1号”（Blue Ghost Mission 1）任务，再次有机会研究火箭扬起的月球尘埃。
总部位于得克萨斯州雪松公园的萤火虫航天公司（Firefly Aerospace）的CLPS任务订单总额接近2.3亿美元。这些资金为该集团的“蓝色幽灵”（Blue Ghost）月球任务提供资金，计划于2024年和2026年执行。
“蓝色幽灵1号”（Blue Ghost Mission 1）目前计划于2024年下半年搭乘SpaceX的猎鹰9号（Falcon 9）火箭飞行。“蓝色幽灵2号”（Blue Ghost Mission 2）的有效载荷将于2026年飞往月球背面，并且可能会搭乘萤火虫公司正在开发的贝塔（Beta）运载火箭到达那里。在月球背面，一个特别的有效载荷，被称为“月球表面电磁实验-夜间”（Lunar Surface Electromagnetic Experiment-Night，LuSEE-Night），将测试用于在射电天文学中进行变革性研究的技术。由于月球本体可以屏蔽来自地球的干扰和静电，即使是适度的射电望远镜也应该能够探测到来自原始宇宙的微弱信号。然而，如果LuSEE-Night被证明是成功的，那么“适度”可能就不是描述未来月球背面射电望远镜的最后一个词了，这些望远镜可以建造得非常庞大，以空前的细节来审视早期宇宙。
即将到来的登月发射
萤火虫公司今年晚些时候的登月发射将把10个NASA资助的有效载荷运送到危海（Mare Crisium），这是一个宽556公里（345英里）的平底陨石坑，位于月球北半球。到达那里后，实验将分析月球的月壤、地球物理构成以及太阳风和地球磁场之间的相互作用。
西南研究院（Southwest Research Institute）的行星科学家、蓝色幽灵1号（Blue Ghost Mission 1）上搭载的一项新型实验的首席研究员鲍勃·格林姆（Bob Grimm）对他的独特月球科学机会感到兴奋——但也并非没有一丝焦虑。
“Astrobotic和直觉机器公司（Intuitive Machines）任务的结果都令人担忧，”格林姆说。即便如此，“萤火虫公司也应该在没有任何先入为主观念的情况下进行尝试。”他的有效载荷——月球磁大地电测深仪（Lunar Magnetotelluric Sounder，LMS）将使用磁力计探测月球地表下深达1127公里（700英里）的区域，这有可能揭示我们卫星内部结构的新细节。
格林姆认为，尽管IM-1取得了避免灾难的令人满意的结果，但直觉机器公司（Intuitive Machines）的领导层称该任务为“完全的成功”有点牵强。
然而，无论标签如何，直觉机器公司（Intuitive Machines）的首席科学家本·巴塞（Ben Bussey）表示，该公司坚定地专注于确保从IM-1任务中吸取的教训能够为该机构即将到来的IM-2月球着陆器任务提供信息。IM-2计划最早于今年第四季度发射，将被派往月球南极沙克尔顿环形山（Shackleton Crater）的脊状边缘，该目标也是NASA阿耳忒弥斯3号（Artemis III）任务的考察目标，这将是自阿波罗时代以来首次载人重返月球表面。“我们已经在山脊上找到了几个安全地点，这些地点满足了IM-2有效载荷的目标，”巴塞说。
阿耳忒弥斯（Artemis）的雄心
探索沙克尔顿环形山（Shackleton）被广泛认为是任何可持续载人月球存在的中心，无论是通过阿耳忒弥斯（Artemis）还是其他载人航天计划，例如中国的计划，中国也瞄准了该环形山。环形山边缘的山峰几乎总是沐浴在阳光下——非常适合为太阳能电池阵列供电——并且还提供与地球近乎持续的视线电信链路，这对于任何未来的长期基地都是必不可少的。
但这还不是全部。与许多邻近的极地陨石坑一样，沙克尔顿环形山（Shackleton）也是永久阴影区（permanently shadowed regions，PSRs）的所在地——这些区域在数十亿年里从未被阳光亲吻过。
人们认为，富含挥发物的PSR月壤是超冷的冰水储藏库，可以开采和加工成饮用水——或者，就此而言，加工成火箭燃料。但在尝试如此大胆的壮举之前，任务规划人员必须首先通过找到一种安全且直接的方式来研究甚至取样PSR的寒冷深处，从而获得“地面实况”。
为此，IM-2计划释放微型新星（Micro-Nova），这是一个耗资4160万美元的、由NASA资助的小型、可部署的“跳跃着陆器”，用于进出PSR。
“IM-2绝对有可能提供关键的新数据。我们的跳跃着陆器携带了几种仪器，这些仪器将首次从PSR内部进行表面测量，”巴塞说。
失败也是一种选择
圣母大学（University of Notre Dame）教授兼月球探测专家克莱夫·尼尔（Clive Neal）认为，展示商业能力成功登陆月球将具有划时代的意义。
尼尔表示：“虽然美国商业公司首次尝试登陆月球失败了，但这些任务的本质是失败也是一种选择。”“但是，仍有许多问题悬而未决。”
其中包括CLPS在NASA及其政治任务负责人失去耐心之前可以累积多少次失败。此外，尼尔继续说道，从每个任务中吸取的教训如何在CLPS供应商之间共享（如果有的话）？或者每家公司都自行学习？毕竟，这是一项商业和竞争性事业，他说。
尼尔说，最近的IM-1任务值得注意，因为它体现了飞行控制人员为到达月球表面并进行操作而必须进行的“即时”适应。“我不认为这次任务是一次失败，而是一个探路者，它将为直觉机器公司（Intuitive Machines）和CLPS计划的未来提供信息。”
乔治·华盛顿大学（George Washington University）空间政策研究所所长斯科特·佩斯（Scott Pace）认为，到目前为止，CLPS计划进展顺利，尽管Astrobotic遭受了损失，IM-1的成功也并非完全合格。
佩斯说：“第一次总是很困难的，重新学习飞往月球需要经验。”他说，几乎同样重要的是组织和文化学习，在其中NASA和工业界学会以新的方式合作。
佩斯总结道：“这些任务与其说是科学和技术探索，不如说是采购试点计划。”