■張綠云 楊開(kāi)（北京航天長(zhǎng)征科技信息研究所）

2022 年10 月31 日，美國(guó)國(guó)家航空航天中心（NASA）咨詢委員會(huì)（NAC）召開(kāi)會(huì)議，發(fā)布了“阿爾忒彌斯（Artemis）1-4 任務(wù)規(guī)劃與進(jìn)展”報(bào)告，明確了2031 年前的阿爾忒彌斯載人重返月球任務(wù)規(guī)劃，并介紹了該計(jì)劃下前4 次載人發(fā)射任務(wù)的方案與進(jìn)展情況。11 月8 日，NASA 官網(wǎng)發(fā)布了相關(guān)的報(bào)告和詳細(xì)信息。

1 阿爾忒彌斯載人探月任務(wù)規(guī)劃

美國(guó)的阿爾忒彌斯載人探月框架主要由太空發(fā)射系統(tǒng)（SLS）重型運(yùn)載火箭、獵戶座載人飛船、探索地面系統(tǒng)（EGS）、深空中轉(zhuǎn)站以及月球著陸器組成，未來(lái)分別由SLS 火箭和商業(yè)火箭將獵戶座載人飛船以及月球著陸器送入深空中轉(zhuǎn)站，部分航天員可在中轉(zhuǎn)站上繼續(xù)開(kāi)展科學(xué)研究，另一部分航天員搭乘著陸器進(jìn)入月球表面，在完成月面任務(wù)后航天員由著陸器返回深空中轉(zhuǎn)站，之后搭乘獵戶座飛船返回地球。

在“阿爾忒彌斯（Artemis）1-4 任務(wù)規(guī)劃與進(jìn)展”報(bào)告中，NASA 明確了2031 年之前的阿爾忒彌斯探月任務(wù)規(guī)劃。在載人能力方面，NASA 計(jì)劃在2022 年、2024 年和2027 年相繼完成SLS1/獵戶座無(wú)人飛船系統(tǒng)、SLS1/ 獵戶座載人飛船系統(tǒng)以及SLS1B/ 獵戶座載人飛船系統(tǒng)飛行試驗(yàn)，驗(yàn)證SLS1 和SLS1B 火箭以及獵戶座載人飛船的性能。在載人登月能力方面，NASA 計(jì)劃在2024 年末完成首個(gè)星艦著陸器的無(wú)人驗(yàn)證，并在2025 年完成阿爾忒彌斯3 首次載人登月任務(wù)。在深空中轉(zhuǎn)能力方面，NASA 計(jì)劃在2024 年依靠美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）的“獵鷹重型”火箭完成月球門戶（Gateway）的電力與推進(jìn)艙段（PPE）和居住與后勤前哨站（HALO）的發(fā)射，建成簡(jiǎn)版深空中轉(zhuǎn)站，從2027 年開(kāi)始依靠SLS1B 火箭陸續(xù)完成其他主要艙段的發(fā)射，在2030 年建成完整的深空中轉(zhuǎn)站，為可持續(xù)月球探索活動(dòng)以及載人火星探索任務(wù)奠定基礎(chǔ)。另外，NASA 還推進(jìn)商業(yè)月球有效載荷服務(wù)項(xiàng)目（CLPS），依靠商業(yè)火箭開(kāi)展月球原位資源利用、核熱推進(jìn)技術(shù)等方面的研究。

阿爾忒彌斯探月任務(wù)規(guī)劃

2 阿爾忒彌斯1-4 任務(wù)方案與進(jìn)展

阿爾忒彌斯1 任務(wù)

阿爾忒彌斯1 是SLS1 重型火箭和獵戶座載人飛船（搭載兩名女性航天員模型）的首次無(wú)人繞月飛行試驗(yàn)，11 月16 日從肯尼迪航天中心發(fā)射。經(jīng)地月轉(zhuǎn)移飛行和軌道修正后，獵戶座飛船到達(dá)遠(yuǎn)距逆行軌道（DRO），之后變軌進(jìn)入地球軌道，返回地球后在太平洋濺落。本次任務(wù)中，還搭載了10 顆立方星，在獵戶座飛船分離后由過(guò)渡型低溫上面級(jí)（ICPS）完成部署。

阿爾忒彌斯1 無(wú)人繞月飛行試驗(yàn)

本次任務(wù)原計(jì)劃在2022 年8 月29 日?qǐng)?zhí)行，但因SLS 火箭芯級(jí)一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器故障無(wú)法實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)冷而終止，之后在9 月3 日又因芯級(jí)液氫加注與泄出管路泄漏率超限而再次終止。在發(fā)射工位完成芯級(jí)液氫加注與泄出管路以及排放管路密封件更換，更改加注流程，并完成低溫試驗(yàn)后，該首飛系統(tǒng)因?yàn)榕_(tái)風(fēng)被迫推回垂直總裝大樓。11 月4 日，該系統(tǒng)再次被推至39B 發(fā)射工位，因颶風(fēng)推遲發(fā)射。

11 月16 日，SLS1 重型火箭從39B 發(fā)射工位點(diǎn)火發(fā)射，飛行8min 后，過(guò)渡型低溫上面級(jí)開(kāi)始工作，攜帶獵戶座飛船飛行44min 后完成近地點(diǎn)軌道抬升，隨后繼續(xù)飛行37min 后開(kāi)始地月轉(zhuǎn)移軌道射入點(diǎn)火，持續(xù)18min。進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道后，獵戶座飛船與上面級(jí)共同飛行約10min，之后分離，前往月球。12 月11 日，在完成近26 天的飛行后，獵戶座飛船返回地球，在太平洋成功濺落！在飛船分離后，過(guò)渡型低溫上面級(jí)與飛船適配器的組合體繼續(xù)飛行，在8h 內(nèi)將10 顆立方星部署至日心軌道、地月拉格朗日L2 點(diǎn)、環(huán)月軌道、環(huán)繞月球南極高橢圓地近月點(diǎn)軌道以及遠(yuǎn)地點(diǎn)飛越月球附近的大橢圓軌道。

阿爾忒彌斯2 任務(wù)

阿爾忒彌斯2 為SLS1 火箭和獵戶座載人飛船的首次載人繞月飛行試驗(yàn)，計(jì)劃搭載4 名航天員，最長(zhǎng)任務(wù)周期為21 天。本次任務(wù)中，在過(guò)渡型低溫上面級(jí)/獵戶座飛船到達(dá)地球高軌道后，除了進(jìn)行航天器檢查外，還將利用過(guò)渡型低溫上面級(jí)完成獵戶座飛船的空間交會(huì)對(duì)接演示驗(yàn)證，為之后載人登月任務(wù)中獵戶座飛船與星艦著陸器在月球軌道的交會(huì)對(duì)接奠定基礎(chǔ)。演示驗(yàn)證結(jié)束后，上面級(jí)分離，獵戶座飛船繼續(xù)飛行，在其再次達(dá)到近地點(diǎn)后，飛船主發(fā)動(dòng)機(jī)完成地月轉(zhuǎn)移軌道射入點(diǎn)火，隨后進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道飛行階段。在完成繞月飛行后，獵戶座飛船返回地球。

阿爾忒彌斯2 載人繞月飛行試驗(yàn)

本次任務(wù)計(jì)劃2024 年5 月進(jìn)行，主要進(jìn)展如下：①獵戶座飛船方面，乘員艙70% 左右的硬件已經(jīng)安裝完成，服務(wù)艙也已經(jīng)進(jìn)行了一次通電試驗(yàn)，目前正處于功能性試驗(yàn)中。②SLS 火箭方面，芯級(jí)制造工作正在米丘德組裝廠有序推進(jìn)，有望在2023 年3月完成總裝與試驗(yàn)；芯級(jí)4 臺(tái)RS-25 主發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)交付至米丘德組裝廠，計(jì)劃2023 年12 月與芯級(jí)總裝；固體助推器所有發(fā)動(dòng)機(jī)部段都已經(jīng)制造完成，目前存儲(chǔ)在猶他州；過(guò)渡型低溫上面級(jí)已經(jīng)完成制造，目前位于卡納維拉爾角聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司（ULA）的制造設(shè)施中。③地面系統(tǒng)方面，位于肯尼迪航天中心39B 發(fā)射工位的140 萬(wàn)加侖的新液氫儲(chǔ)罐已經(jīng)基本建成。

阿爾忒彌斯3 任務(wù)

阿爾忒彌斯3 是阿爾忒彌斯計(jì)劃下的首次載人登月任務(wù)，也將是SpaceX 公司星艦（Starship）月球著陸器的首次載人登月飛行，計(jì)劃搭載4 名航天員。按計(jì)劃，獵戶座飛船與星艦著陸器將在近直線暈軌道（NHRO）交會(huì)對(duì)接，2 名航天員進(jìn)入著陸器，啟程前往月球南極區(qū)域并著陸，完成為期一周的月面探索任務(wù)以及艙外活動(dòng)。之后，著陸器搭載航天員返回NHRO 軌道，與獵戶座飛船對(duì)接。飛船隨后返回地球，而星艦月球著陸器進(jìn)入日心軌道。

阿爾忒彌斯3 載人登月任務(wù)

本次任務(wù)采用SLS1 重型火箭和獵戶座載人飛船，在2025 年發(fā)射。進(jìn)展方面，SLS1 火箭過(guò)渡型低溫上面級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)交付至聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司，固體助推器發(fā)動(dòng)機(jī)部段已經(jīng)全部制造完成，芯級(jí)RS-25 主發(fā)動(dòng)機(jī)準(zhǔn)備交付至米丘德組裝廠；完成了獵戶座載人飛船乘員艙適配器內(nèi)壁以及壓力容器的交付；在著陸器方面，完成了著陸軟件和傳感器性能驗(yàn)證、軟件架構(gòu)評(píng)估、海平面猛禽（Raptor）發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)驗(yàn)證試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了一周7 臺(tái)猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)效率，推進(jìn)在軌低溫推進(jìn)劑輸送與長(zhǎng)期存儲(chǔ)飛行試驗(yàn)，準(zhǔn)備開(kāi)展首次軌道飛行試驗(yàn)。

阿爾忒彌斯4 任務(wù)

阿爾忒彌斯4 載人登月任務(wù)

阿爾忒彌斯4 為阿爾忒彌斯計(jì)劃下的第二次載人登月任務(wù)，計(jì)劃搭載4 名航天員。本次任務(wù)的主要目標(biāo)是驗(yàn)證SLS1B 重型火箭的性能，并完成歐日聯(lián)合研制的國(guó)際居住艙（I-Hab）的在軌交付，將其與簡(jiǎn)版深空中轉(zhuǎn)站對(duì)接。獵戶座飛船到達(dá)中轉(zhuǎn)站后，2 名航天員將登上提前?？吭谥修D(zhuǎn)站上的星艦著陸器，下降到月面，完成為期一周的月球探索任務(wù)。任務(wù)結(jié)束后，航天員由著陸器送回門戶，之后搭乘獵戶座飛船返回地球。

本次任務(wù)計(jì)劃采用SLS1B 重型火箭發(fā)射獵戶座載人飛船。SLS1B 是SLS1 的演進(jìn)型，采用相同的芯級(jí)和固體助推級(jí)，但改用直徑8.4m、由4 臺(tái)RL-10 發(fā)動(dòng)機(jī)提供推力的性能更強(qiáng)的探索上面級(jí)(EUS)，月球軌道運(yùn)載能力可由SLS1 的27t 增加至38t，在載人任務(wù)中可同時(shí)搭載10t 次要有效載荷。EUS 上面級(jí)的精確制導(dǎo)、低溫管理、實(shí)時(shí)通信與控制能力將可確保飛船在深空的精準(zhǔn)定位、停留與對(duì)接機(jī)動(dòng)。目前，波音公司已經(jīng)完成了上面級(jí)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)評(píng)審，并開(kāi)始為生產(chǎn)制造做準(zhǔn)備，計(jì)劃在2022年完成SLS1B 火箭的關(guān)鍵設(shè)計(jì)評(píng)審。此外，米丘德組裝廠也已經(jīng)做好設(shè)施與人員方面的準(zhǔn)備，支持該火箭的全面生產(chǎn)。

SLS1B 火箭將由全新的2 號(hào)活動(dòng)發(fā)射平臺(tái)組裝、轉(zhuǎn)運(yùn)與發(fā)射。目前，該平臺(tái)的設(shè)計(jì)工作已經(jīng)基本完成，達(dá)到90%，但鋼結(jié)構(gòu)總體質(zhì)量的降低與材料供應(yīng)問(wèn)題導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案延期。不過(guò)，主承包商已經(jīng)進(jìn)行了重大改進(jìn)以適應(yīng)質(zhì)量需求，且改變管理方法以提升效率。

3 小結(jié)

美國(guó)拜登政府著力推進(jìn)由其領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際伙伴和私營(yíng)公司共同參與的阿爾忒彌斯計(jì)劃，通過(guò)以SLS重型運(yùn)載火箭、獵戶座載人飛船、探索地面系統(tǒng)、深空中轉(zhuǎn)站和載人著陸系統(tǒng)為主要組成部分的探索框架，在2025 年實(shí)現(xiàn)載人重返月球目標(biāo)，并在2030年左右具備可持續(xù)載人月球探索能力，為未來(lái)的載人火星探索奠定基礎(chǔ)。在進(jìn)展方面，NASA 已經(jīng)成功完成了SLS 重型火箭和獵戶座載人飛船的飛行試驗(yàn)，同時(shí)也在積極推進(jìn)后續(xù)任務(wù)所需火箭與飛船的硬件制造與試驗(yàn)、地面設(shè)施的升級(jí)改進(jìn)、著陸技術(shù)開(kāi)發(fā)與產(chǎn)品制造等工作，并吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)改進(jìn)項(xiàng)目管理方法，保障探月計(jì)劃的順利進(jìn)行。