to the moon攻略NASA flytothesky

来源:中国科协创新战略研究院《创新研究报告》

第41期（总第373期）2020-08-09

编者按：2019年9月，美国航空航天局（NASA）《载人探月战略计划》最新发布（Forward to the Moon: NASA's Strategic Plan for Human Exploration），提出了载人太空探索的总体路径和关键任务。NASA与商业伙伴和国际国际合作伙伴合作，引领创新持久的宇宙探索计划，即Artemis计划使人类在太阳系中扩大生存空间，获得新的知识和机会。从超越近地轨道开始，美国将使人类重返月球，进行长期的探索和发展，为人类前往火星和其他目的地奠定良好的基础。

1.载人探月计划的背景和目标

2017年12月，美国总统签署了《空间政策指令-1》，在该指令中，要求NASA与商业和国际合作伙伴共同领导创新和可持续的探索计划，实现人类在整个太阳系的扩张，为地球带来新的知识和机遇。为了回应这一大胆的呼吁，2017年NASA过渡授权法案》保持一致，NASA为了向国会提交国家空间探索计划NASA确保美国在空间科学和探索方面处于领先地位。

1. 为什么要去月球？

?验证火星载人登陆计划的技术和能力；

?巩固美国在太空中的领先地位和战略存在；

?鼓励新一代参与科学、技术、工程、数学等科技事业；

?引领科技变革；

?扩大美国全球经济影响力；

?扩大美国在深空领域的产业和国际合作。

2.先月后火星

在登月计划中，宇航员离地球只有3天，风险是可以接受的。因此，在实施为期2-3年的火星任务之前，将首先验证维持人类在月球外生活和工作所需的技术，并开发可靠的生命支持系统。

3. 美国在太空探索领域的领导地位

下表列出了美国继续保持太空探索领导地位所需的关键任务和未来目标。

来源:根据报告整理

4. Artemis计划

Artemis阿波罗和月亮女神在希腊神话中的孪生姐妹象征着人类重返月球的道路。NASA 命名2024年前宇航员重返月球计划Artemis计划。Artemis计划中，宇航员将踏上人类从未涉足过的地方—月球南极。Artemis该计划的目标是将人类送到火星上，开启下一个探索时代。

二、ARTEMIS计划第一阶段:2024年前登陆月球南极

ARTEMIS第一阶段任务的核心是在2024年之前登陆月球南极，总体任务框架如下图所示：

图1 ARTEMIS计划第一阶段任务分解

1. 增加预算

2020年财年预算修正案不仅没有减少NASA现有项目在总统最初210亿美元预算请求的基础上增加了16亿美元。这是美国宇航局2024年任务的必要条件。

商业亿美元用于商业合作伙伴加返月球表面和月球轨道站的载人运输系统10亿美元；6.为实施2024年登月任务而建造的51亿美元的太空发射系统（SLS）猎户座飞船（Orion）；1.开发新技术32亿美元，帮助宇航员在月球表面和深空生活和工作；科学研究9000万美元，月球南极机器人探测在载人登月前实现。

2. 太空发射系统（SLS）猎户座飞船(Orian)

猎户座飞船：唯一能够执行载人深空任务、提供紧急中止能力和达到月球逃逸速度安全返航的航天器。

太空发射系统：唯一能运送载有宇航员的猎户座飞船进入深空的火箭。

国家动员能力：SLS50个州3800多家供应商和6万多名工人与猎户座计划(包括肯尼迪航天中心地面探测系统的支持)相结合。

3. 月球轨道站

?月球轨道站的初始阶段将由多个阶段组成，既能支持2024年人类登月任务，又能支持第二阶段任务所需的最低限度；

?为2024年载人登月提供指挥中心和集结点；

?在月球周围建立战略存在——反映美国的领导作用；

?建设灵活可靠的月球轨道站，为月球登陆系统提供灵活坚实的保障；

?轨道站开放结构与运行标准的兼容性使积木建设成为可能，有利于国际合作和未来扩建。

4. 2024年登陆月球

NASA计划于2024年登陆月球南极目标地点。NASA与商业系统合作，共同实现这一目标，NASA主要负责运输人员，商业系统负责运输货物和设施。从现在到2024年，美国工业提供了一个发射和载人着陆系统，可以从月球轨道站快速返回月球，并可以在月球轨道站继续存在。

Artemis I：SLS发射系统和猎户座飞船是综合系统的首次飞行试验。

Artemis II：机组人员首次乘坐SLS发射系统和猎户座飞船绕月飞行。

Artemis III：第一批宇航员到达月球表面；为2024年月球地面任务提供后勤保障。

动力和推进元件（PPE）：商用火箭将PPE运到近直线晕轨道（NRHO）。

加压舱:登月前宇航员检查系统的区域。

载人着陆系统的功能：转移功能（将登陆器从月球轨道站转移到近月轨道）、下降功能（从运输工具到月球表面）、上升功能（从月球表面到月球轨道站）。

5. 2024年前的月球科学研究

(1)极地登陆器和月球车:

直接测量极地挥发物，提高对其横向和纵向分布、物理状态和化学成分的理解；

南极最大的太阳系冲击区Aitken盆地地质。

(2)非极地登陆器和月球车:

探索阿波罗登月没有研究过的具有科学价值的区域，包括月涡登陆和月面磁场首次测量；

继续引导科学发现，如建立地理网络分析，探索月球火山区，了解火山进化。

(3)在轨数据收集:

在Artemis I阶段部署多个微卫星；

通过月球荷载供应商或通信/中继航天器发射微型卫星获取新的科学价值数据集；

绘制月球矿物图，包括资源标志、月球元素分布图和改进的挥发性成分图。

(4)对当地资源利用的初步研究:

分析月冰的组成，找到当地使用月冰维持基地运行和供应燃料的方法。

6. 月球/火星任务需要突破的技术

NASA在执行月球/火星任务的过程中，我们需要具备各种前所未有的能力。它包括快速、安全、高效的空间运输能力、到达多个地表着陆点的能力、远离地球的可持续生活和工作能力以及空间资源的转化和发现能力。主要相关技术如下图所示：

图2 Artemis计划任务的相关技术

三、ARTEMIS计划第二阶段任务:保持月球的存在，建立去火星的能力

ARTEMIS计划第2阶段任务框架如下图所示：

图3 ARTEMIS计划第二阶段任务分解

1. 为登陆火星存在，为登陆火星奠定良好的基础

主要完成以下主要工作：

?保持美国领先的月球探测和战略存在；

?发挥国际合作潜力；

?开展有意义、长期的人类太空任务；

?了解太空环境对人类工作能力的影响；

?开发可重复使用的航天系统；

?开展前所未有的地外科学研究；

?在月球和火星上开拓新的未来。

2. 2024年以后的科学研究

(1)月球轨道站任务

?火星任务推进系统深空试验；

?主导开创性科学研究和观察；

?火星运输试验台降低人类风险。

(2)月面勘探任务

?寻找利用资源生产燃料和生活物资的方法；

?新认识月球的起源和进化；

?研究月球陨石坑及其形成机制；

?构建复杂的月表科学测量仪器；

?为月球上人类的持续存在提供信息和支持。

(3)依靠遥控机器人的长期科学研究

?发射遥控月球车探测人类难以到达的月表区域。

文章来源：https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/america_to_the_moon_2024_artemis_20190523.pdf

编译：王楠 江晓波 罗彧

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