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见证历史!半个世纪后,人类即将重返月球轨道

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▲阿尔忒弥斯2号点火升空 | Jerry Pike / NSF

北京时间昨天清晨,美国佛罗里达州肯尼迪航天中心39B发射台被烈焰与轰鸣唤醒。一枚98米高的火箭腾空而起,4名宇航员坐在它的顶端,启程奔向月球。

上一次有人做这件事,是1972年。

54年的空白,被阿尔忒弥斯2号打破。这趟为期近10天的绕月飞行,是美国新一代载人登月计划真正意义上的第一次实战彩排,也是人类载人航天在近地轨道蛰伏半个多世纪后,第一次重新迈出这一步。


▲正在飞向月球的4名宇航员,左起:杰里米·汉森(加拿大)、维克多·格洛弗、里德·怀斯曼、克里斯蒂娜·科赫 | NASA / James Blair

历经多次技术故障与发射窗口推迟,终于飞起来了。这消息值得庆祝。

但如果你多看一眼这个计划的现状,就会发现它背后藏着一堆麻烦。而这次发射,恰好把这些麻烦全部摆上了台面。

半世纪来首次载人“掠”月

阿尔忒弥斯2号并非一次登月任务,而是一场针对载人深空往返系统的实战验证。它的核心目标只有一个:确认SLS火箭与猎户座飞船的组合,能否安全地将宇航员送入月球轨道并顺利带回地球。这是整个阿尔忒弥斯计划中,载人环节最基础也最关键的生死考验。

任务全程把安全放在第一位,采用了经典的自由返回轨道设计。简单说,就是给飞船设计了一条“后路”:即便中途动力完全失效,飞船也能借助月球引力自动甩回地球,不需要额外救援


▲阿尔忒弥斯2号任务流程图 | NASA

SLS火箭将猎户座飞船送入绕地轨道后船箭分离,次日飞船点火进入地月转移轨道,4天后以8字形轨迹飞掠月球背面,最近距离月球约7600公里。飞船全程不减速、不进入环月轨道、更不进行任何着陆操作,最终以超过4万公里每小时的速度冲入大气层,在太平洋溅落回收。

这条轨道,实际上与1970年阿波罗13号事故中的应急路线高度相似。那次任务,服务舱在途中发生爆炸,乘组在主发动机无法工作的情况下,靠登月舱的剩余推力多次微调轨道,走的正是一条“类自由返回轨道”,最终死里逃生。那是人类航天史上“最成功的失败”,而阿尔忒弥斯2号这次主动选择类似的轨道,是把当年的救命方案变成了标准操作


▲阿波罗13号任务中发生爆炸的飞船服务舱 | NASA

相比阿波罗13号在轨时的“一波三折”,阿尔忒弥斯2号的升空之路同样坎坷,只不过麻烦发生在发射之前。

点火升空的这款SLS重型火箭,从首飞至今4年,始终被氦气与氢气系统的故障反复困扰。今年2月,液氢泄漏导致倒计时中止,2月窗口作废;检修中氦气供应又出现中断,火箭撤回装配大楼大修,3月窗口跟着报废;直到3月末才确认故障全部排除,锁定发射时间。


▲猎户座飞船结构图 | ESA / NASA

火箭之外,猎户座飞船也是带着隐患上路的。2022年阿尔忒弥斯1号无人试飞时,飞船防热大底就出现了超出预期的异常烧蚀。那是再入大气层时保护宇航员的最后一道屏障。NASA为了追赶进度,没有彻底整改,只调整了再入路径和生产工艺,就放行了载人任务。这趟飞行,是这款“带病上岗”飞船的第一次实战检验,生命保障、导航控制、深空通信等核心系统,都要在载人环境下接受从未有过的考验。


▲阿尔忒弥斯1号的猎户座飞船,防热大底出现异常烧蚀 | NASA

可以说,阿尔忒弥斯2号的顺利升空,只是完成了最基础的低空及格,解决了“送人到月球轨道再回来”的出发问题,距离真正实现载人登月还很遥远。

那么,这个距离有多远呢?得先说说这枚火箭本身。

“复古”的“新型”重型火箭

作为美国这轮载人返月的核心运载工具,SLS本应是这次发射最值得大书特书的主角。然而在航天圈,这款火箭却被戏称为“参议院发射系统”,长期为伴的是另一串负面词汇——超支拖延,挤占经费,问题不断,就业工程。

故事要从2010年说起。彼时,小布什时代雄心勃勃的“战神”火箭计划刚刚夭折,航天飞机也因两次事故缠身即将退役,美国陷入了一个尴尬的真空期,有意重返月球,却没有能用的重型火箭。更棘手的是,航天飞机退役意味着相关产业链面临崩盘,几十个州的就业岗位和选票都系于此。于是SLS上马了,它的使命从一开始就不只是飞向月球,还要养活一整条产业链


▲执行阿尔忒弥斯2号的SLS火箭和猎户座飞船 | NASA / Isaac Watson

重型火箭通常是一国航天工业的技术名片,势必融入大量新技术和新设计。但SLS走了一条截然相反的路。它几乎没有研发任何新东西,而是把航天飞机的技术遗产重新拼装了一遍,抛弃了所有重复使用设计,退回成了“土星五号”式的一次性运载火箭。

拼装的结果,就是升空的这款Block 1构型的SLS重型火箭。数据相当漂亮:全箭高98米(含猎户座飞船),起飞推力2200吨,近地轨道运力95吨,地月转移轨道运力27吨。但拆开来看,每一个部件都在讲述同一个故事


▲阿尔忒弥斯2号所用SLS火箭的4台发动机,全部是航天飞机留下的库存货 | NASA/ Eric Bordelon

芯一级的4台RS-25发动机,直接用的是航天飞机退役后的库存货。这款发动机性能卓越,真空推力220吨,原本可以重复使用十多次。但SLS每发射一次,就把4台这样的发动机一起扔进大海。两枚固体助推器同样派生自航天飞机,主要改动只是把分段从4段加到5段以增大推力,顺便也取消了回收设计。芯二级为了压缩研发周期,直接借用了已经退役的德尔塔4中型火箭的上面级。那本来只是一款中型火箭的配件,真空推力只有11吨,用在一枚近地轨道运力95吨的重型火箭上面,活脱脱就是“小马拉大车”。SLS的运力因此被严重拖累,后来不得不专门立项开发“探索上面级”来补救。


▲“小马拉大车”的罪魁祸首,ICPS上面级 | NASA / Brandon Hancock

这个补救项目,后来也因为经费超支被砍掉了。这件事我们后面还会说到。

SLS诞生之初,正是靠着“全用成熟技术、研发周期短、成本可控”的承诺拿到了立项批准,初期宣称单次发射成本仅4亿美元。

这场发射的单次成本,高达40亿美元

贵了整整10倍。一枚用旧零件拼出来、号称省钱的火箭,变成了人类航天史上单次发射成本最高的火箭。而它,还将是阿尔忒弥斯计划未来几年里唯一的选择,至少目前看来是这样。


▲SLS火箭是史上单次发射成本最高的火箭 | NASA / Joel Kowsky

不过就在发射前两个月,NASA已经悄悄动了这个计划的根基。

发射前的巨变,登月计划大洗牌

今年2月,就在阿尔忒弥斯2号还在为发射窗口苦苦挣扎的时候,NASA发布了一份公告:整个阿尔忒弥斯登月计划,要全面重组。

这不是主动的战略升级,而是被逼到墙角的无奈救场。核心逻辑只有一句话:原来那条路走不通了。此前的计划,是直接从绕月飞行跳到载人登月,跳过大量关键的在轨验证环节。用一句话形容,就是试图把阿波罗8号和阿波罗11号的任务合并成一次完成。安全风险完全失控,不得不推倒重来

新方案的逻辑,是回到阿波罗时代“分步验证、一步一个脚印”的老路。


▲新版阿尔忒弥斯计划路线图,3号任务改为近地轨道交会对接,登月改到4号任务以后 | NASA

阿尔忒弥斯2号维持不变,就是昨天发射的这次绕月飞行。原定2027年执行首次载人登月的阿尔忒弥斯3号,被直接降级。登月目标彻底取消,改为在近地轨道完成飞船与登月舱的交会对接测试,以及新一代舱外航天服的验证,把所有高风险的首次技术验证全部留在近地轨道消化。首次载人登月的使命,顺延给了最早2028年发射的阿尔忒弥斯4号。NASA甚至还提出,同年再发射阿尔忒弥斯5号,实现一年两次登月

至于这个目标有多大可能实现,我们后面再说。

任务架构之外,NASA还宣布了另一个决定,分量同样不轻:彻底取消SLS火箭Block 1B及所有后续升级计划,此前研发多年、经费严重超支的“探索上面级”与“先进助推器”全部砍掉——就是上一节提到的那个补救项目——转而借用联合发射联盟“火神”火箭的半人马Ⅴ上面级。这等于NASA亲口承认:SLS火箭存在先天设计缺陷,升级改造已经没有意义了


▲阿波罗时代土星五号火箭(左一)和阿尔忒弥斯时代SLS火箭的渲染对比图。发射的Block 1构型的SLS火箭(左二),右边更重型的SLS火箭已全部被砍 | alexconnorbrown@reddit

这次调整的本质,是NASA终于向工程规律低了头。分步验证的模式虽然拉长了时间线,却能逐一排除风险,让登月任务真正具备可行性。但代价也很清楚:月球还在那里,落月的时间表却一推再推。而为什么会推到这一步,得从登月计划的家底说起。

空间站被砍,星舰挑大梁,进度跟不上

说一千道一万,阿尔忒弥斯计划今天的局面,不是某一个零件坏了那么简单。技术、管理、预算,三条线同时出了问题,积累多年,如今一起爆发。

先看技术。SLS和猎户座的问题前面已经说过了,但那只是冰山一角。登月任务真正的核心装备,登月舱和舱外航天服,其实根本还没准备好


▲V3版的星舰连第一次试飞都还没有进行 | SpaceX

SpaceX的星舰承担着登月舱主力方案的角色,但截至昨天,它仍未完成一次完全成功的入轨飞行。登月必需的大规模低温推进剂在轨加注,更是一项前所未有的技术挑战,试验一再推迟,距离载人登月所需的成熟度相差甚远。作为备份的蓝色起源蓝月亮登月舱,进度更慢,原型机至今未完成试飞。所谓“备份”,不过是一个尚未兑现的承诺。再加上计划用于月面行走的新一代舱外航天服,最早也要到2027年,也就是原定的登月节点,才有可能交付。

换句话说,登月所需的核心装备,一件都没到位。


▲Axiom的登月宇航服,可能要2027年才交付了 | Axiom

管理层面的问题,比技术更难解。阿尔忒弥斯计划采用了“政府+商业”的混合架构:SLS由波音牵头的传统承包商负责,登月舱、航天服外包给SpaceX、蓝色起源等商业公司,本意是兼顾稳定性与创新性,结果演变成两头失控。传统承包商这边,波音、洛马等分包商权责交叉、协调成本极高,项目的存续更多服务于选区就业和利益分配,而非真正的深空探索需求,经费不断膨胀,生产周期漫长,发射间隔太长甚至导致发射团队技能生疏,流程反复出错。商业公司那边,进度乐观估计、研发一再拖延,NASA丧失了对关键系统的主导权,从深空探索的领导者,变成了只能坐等商业公司交货的甲方。“双保险”的登月舱设计,最终变成了“双拖累”。


▲蓝色起源的MK1蓝月亮,预计今年尝试登月,但它只能运货。载人还得等MK2版,或者传说中的MK1.5版 | 蓝色起源

往更深处看,这场困局暴露的是美国航天工业的结构性退化。阿波罗时代,NASA掌握核心技术,举国体制集中攻关,上世纪60年代美国能做到的事,今天反而做不到了。核心技术与产能分散在各大承包商手中,形成利益绑定、效率低下的僵化格局,波音、洛马反复出现液氢泄漏、管路故障这类最基础的工程问题,本身就是一个信号。

政治的手,始终伸在工程的头上。登月节点跟着总统换届走。特朗普第一任时期许诺2024年,拜登时期改口2027年,现在又变成“最早2028年”。每一次路线变动,都意味着前期投入的大量资源打了水漂,项目规划始终无法稳定落地。不是工程跟不上政治,而是政治从来没有认真对待过工程

如期登月道阻且长

2028年能否实现载人登月?说实话,业内普遍不太乐观。要在那一年落月,星舰登月舱必须在2027年底前走完入轨、在轨加注、月面着陆的全套验证流程。其中大规模低温推进剂在轨加注,是一项人类从未真正做到过的技术,研发难度远超预期。多数业内人士认为,2028年是NASA给自己设的理想底线,2029到2030年才是更贴近现实的登月节点。


▲半人马Ⅴ上面级和猎户座飞船组合体飞过月面的CG渲染图,这样的场面什么时候能够成真,还说不好 | Mack Crawford

这已经是第三次推迟了。

但推迟本身不是最让人担忧的事。从阿波罗计划的举国攻坚、一气呵成,到阿尔忒弥斯计划的磕磕绊绊、反复推迟,真正值得追问的是:美国究竟失去了什么?答案藏在前面每一节的细节里:激进的政治目标、失控的管理体系、退化的工业基础,即便有商业航天的技术创新加持,也无法填补这些深层的窟窿

阿尔忒弥斯计划的全面重组,是NASA向工程规律低头,也是一次迟到的自我纠偏。发射升空的阿尔忒弥斯2号,将要验证一件事:把人送到月球轨道再带回来,美国还能做到。但从轨道到月面,还有一段很长的路,而这段路上堆着的问题,不是调整一次任务架构就能清完的。


▲中国计划在2030年前完成载人登月任务 | 中国载人航天工程办公室

月球还在那里。什么时候能踩上去,由谁来踩上去,我们拭目以待

作者:跆拳道大灰狼

编辑:Steed

一个AI

人类最擅长的,从来不是登月,而是把上世纪能做到的事,做得更贵。



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