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美国经过多次延期，阿尔忒弥斯一号任务的航天器于当地时间11月16日凌晨1时47分（北京时间14时47分）离开肯尼迪航天中心39B发射台。
搭载猎户座飞船的SLS火箭离开发射台。
总部位于休斯敦的飞行控制小组表示，阿尔忒弥斯一号任务的两艘运载工具猎户座飞船和太空发射系统 (SLS) 在 12 分钟的轨道运行期间运行正常。
离开发射台3分钟后，SLS火箭的固体推进级开始分离。不久之后，仪器舱的发射取消系统和防护罩也从猎户座飞船上分离出来。9 分钟后，SLS 火箭的核心级与临时冻结的助推器和猎户座飞船分离。
下一个重要里程碑是猎户座太阳能电池的部署。这是猎户座在飞行 37 分钟后完成的。电池组正在收集能量，初始数据显示设备处于良好的工作状态。
发射后 54 分钟，轨道升空完成。冻结的推进级暂时点火 20 多秒，以提升猎户座在地球轨道上的最低点，为将猎户座送上月球的关键过渡点火做准备。飞行 1 小时 27 分钟后，将进行过渡射击，持续 18 分钟。
这次发射也遇到了一些阻碍。发射前约3小时SLS火箭上级加油时，当局发现阿尔忒弥斯移动发射塔上的液氢补给阀间歇性泄漏。NASA派专家组前往发射塔拧紧密封螺母以防止泄漏。这个过程大约耗费一个小时。
故障排除后，由于开关故障，来自与发射系统相关的雷达位置的信号丢失时，出现了一个小问题。当计时器已开始发射前 10 分钟开始倒计时，最终问题已得到解决。
最终，经过多次尝试，系统成功启动，这也是火箭第4次登上发射台。前两次是在 3 月和 6 月进行的发射前加油测试，第三次是在 8 月中旬进行的太空发射，但由于液态氢泄漏和发动机过热而被推迟。火箭于 9 月底返回肯尼迪航天中心的车辆装配大楼 (VAB) 以避免飓风，然后进行了小型维护、修理和测试。
猎户座在 SLS 耀斑顶部起飞进入月球轨道。
SLS火箭和猎户座飞船是NASA人类重返月球计划的两个核心组成部分。SLS 是美国宇航局有史以来建造的最强大的火箭，重约 2500 吨，高度近 100 米。同时，猎户座飞船重达23吨，直径为5米。
Artemis I 是美国宇航局 Artemis 计划的开端任务，该计划旨在将人类送上月球永久生活和工作。该任务预计将持续42天。在飞行过程中，猎户座飞船将绕月飞行6.4万公里，比阿波罗13号创下的纪录还要远4.8万公里。这条航线模拟了阿尔忒弥斯二号机组人员在2024年的飞行，这将是目前载人飞船飞行的最远距离据美国宇航局称。
该任务的主要目标是证明火箭和飞船都已准备好开始将宇航员送往月球和其他深空目的地。
Artemis I 还将部署 Cubesat 卫星并进行一系列科学实验，以分析月球表面并研究空间辐射如何影响细胞生命。
根据路线图，阿尔忒弥斯探月计划分为三个阶段。如果一切顺利，在无人驾驶的阿尔忒弥斯一号任务之后，阿尔忒弥斯二号将在 2024 年左右载人绕月飞行，宇航员将在 2025 年乘坐阿尔忒弥斯三号登陆月球表面。
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