10月23日,NASA在肯尼迪航天中心公布了Artemis III与Artemis IV任务的进一步安排:2027年先让猎户座(Orion)飞船在近地轨道与蓝色起源、SpaceX的试验飞行器分别对接,再争取于2028年把宇航员送上月面。
自今年2月至3月“Ignition Day”架构更新调整之后,Artemis III已经改为近地轨道载人试验,阿尔忒弥斯计划的首次载人登月则顺延交给Artemis IV。
这次更新值得关注的,是NASA为2028年目标保留了两套平行的飞行方案。
星舰与Blue Moon都在简化原有设计并重塑任务流程,哪一家先具备执行任务的条件,将直接决定首次载人登月任务花落谁家。
Artemis III:三枚火箭、三艘飞行器,在地球附近先配合一次
Artemis III计划飞行约14天。
按发布会介绍,任务时长可根据实际执行情况延长至17天。
四名宇航员将乘猎户座进入近地轨道,完成两轮交会对接及相关试验。
蓝色起源先行。
新格伦(New Glenn)重型火箭将把Blue Moon Mark 2的试验飞行器送入轨道,完成在轨检查后等待猎户座。
这个试验飞行器可在轨停留最长30天,为后续载人发射留出充足的窗口调度空间。

* Blue Moon Mark 2试验飞行器及其与猎户座对接的概念图 图片来源:Blue Origin,NASA发布
随后,NASA的太空发射系统火箭(SLS)紧随其后发射猎户座。
按计划,两艘飞行器将在飞行第3天完成交会对接;
第4至第5天,宇航员将打开舱门进入Blue Moon试验舱,开展约两天的联调测试,实地检查舱内环境控制与生命保障系统(ECLSS)、通信及控制设备。

* Artemis III任务流程示意图:新格伦先发射Blue Moon试验飞行器,SLS发射猎户座,星舰随后加入 来源:NASA
完成Blue Moon阶段后,猎户座分离并调整轨道。
飞行第6天,SpaceX的星舰V3试验飞行器发射升空,并在第8天与猎户座会合。
按照最新安排,双方对接测试最长约两小时,期间宇航员将全程留在猎户座内,不会进入星舰。
结束对接后,乘组将利用剩余飞行日留在猎户座内完成新款舱内生存服等附加测试,最终在太平洋海域溅落返回。
两家的试验内容并不相同。
Blue Moon侧重载人舱及相关生保系统的在轨实际使用;
星舰这次是在量产型V3飞行器前端增加被动对接系统,重点检查这艘庞然大物与质量小得多的猎户座连接之后的组合体控制、通信、软件配合和对接动力学。
* 用于Artemis III的星舰试验飞行器及其与猎户座对接的概念图 图片来源:SpaceX,NASA发布
星舰载人舱还有另外的专项验证安排,NASA已在合同调整中为SpaceX增加了两项名为Cabin 1的乘员舱演示里程碑;
蓝色起源则相应增加了human-in-the-loop测试与硬件就绪节点。
这次联试也会极大考验地面运行团队。
三枚重型火箭需要在紧凑的窗口内接续发射,NASA与两家公司的任务控制中心要实时交换数据、协调操作权交接。
某艘飞行器的发射时间一旦出现波动,另一艘就要相应调整在轨等待和交会安排。
把这些高风险操作先放在地球附近,有明确的工程理由:近地轨道提供更密集的发射窗口,出现异常时也比在月球附近更容易组织快速返回。
对接之后谁来接管组合体姿态控制、不同架构的航电软件怎样协同、宇航员怎样安全进出舱,都可以先在这里跑通闭环。
为适应这次近地轨道任务,Artemis III的SLS火箭也不再使用执行奔月任务的ICPS,而是改用无动力的间隔段来保持相应的结构尺寸和连接接口。
猎户座入轨后,直接用自身的服务舱推进系统调整轨道。
任务目的改变,火箭构型也随之精简。
星舰方案:在地球轨道接上猎户座,再一起飞向月球
Artemis IV的星舰方案,变化比单纯“提供一艘登月舱”大得多。
按NASA公布的新流程,SpaceX首先在近地轨道部署推进剂储存飞船(Depot),由多艘加注星舰(Tanker)向其补充超低温液氧甲烷推进剂,再为从佛罗里达发射的登月星舰(Starship HLS)完成在轨加注。
完成准备后,登月星舰直接在地球轨道等待猎户座,与其完成交会对接,随后由星舰点火实施地月转移(TLI),把两者组成的组合体一起推向月球低轨道(LLO)。
也就是说,猎户座与星舰的首次任务对接被大幅前移到了地球附近,星舰还要额外承担“推着猎户座奔月”的摆渡工作。
NASA目前正在为此修改猎户座的相关软硬件接口,使其能够承受并适应星舰推动的飞行方式。

* Artemis IV星舰方案示意图:先在地球轨道完成推进剂准备与对接,再由星舰推动组合体赴月
组合体抵达月球低轨道后,两名宇航员换乘星舰下降至月面开展为期数天的探测,另两名留在猎户座内值守。
月面任务结束后,星舰从月面起飞,与猎户座重新对接,登月乘组返回猎户座,再由猎户座带全体乘组返回地球。

* 星舰登月着陆器月面效果图 图片来源:SpaceX,NASA发布
此前,阿尔忒弥斯方案一直围绕近直线晕轨道(NRHO)组织月球附近的交会。
这种高椭圆轨道并不是通常理解的贴近月面的环月低轨道。
现在,NASA不再强制要求两家供应商都去适应同一个交会轨道,而是根据各自飞行器的推重比与系统特性分别定制。
NASA给出的判断是,允许星舰改用月球低轨道(LLO)方案,并把推进剂汇集放在近地轨道,不仅能为SLS发射载人飞船提供更高的时间灵活性,还可以显著减少星舰需要在太空汇集的推进剂总量,并大幅缩短宇航员从月面起飞后与猎户座会合所需的时间。
虽然轨道调整降低了推进剂需求,但星舰仍需依靠加注飞船、储存飞船和登月星舰完成一连串交会与百吨级低温推进剂转移。
在轨加注依然是这条登月路线必须迈过的核心门槛。
按此次发布会及SpaceX高管披露的信息,SpaceX计划在2027年初开展大规模在轨推进剂转移演示,并在随后的无人登月演示任务中完整验证这一推进剂汇集流程。
对2028年登月目标而言,这项试验比单次星舰能否入轨更直接地决定着登月准备进度。
Blue Moon方案:先推迟在轨加注,用三个转移级赴月
蓝色起源采取了另一种工程取舍。
面向2028年的加速方案,蓝色起源决定推迟在首批任务中采用推进剂在轨转移技术,改用三个“转移级”(Transfer Stages),把Blue MoonMark 2 Alpha着陆器送往月球。
这些转移级基于已有的Mark 1、Mark 2硬件衍生而来,由新格伦火箭先后发射进入近地轨道,随后与入轨的Mark 2 Alpha着陆器在轨对接组装。
组合体随后向月球出发。
三个转移级像多级火箭那样逐级点火工作,每耗尽一级推进剂便在途分离抛弃,最终把着陆器送入环月椭圆极轨道(EPO)。
猎户座则由SLS火箭另行直接发射赴月,在环月椭圆极轨道与Blue Moon着陆器会合对接,两名宇航员再换乘着陆器降落至月球南极。

* Artemis IVBlue Moon方案示意图:多个转移级与着陆器分别发射,在轨组装后赴月;
猎户座另行出发,在月球附近与Blue Moon对接 来源:NASA
与此前规划的近直线晕轨道(NRHO)相比,环月椭圆极轨道(EPO)为Blue Moon方案带来了三项实际收益:缩短从月面起飞返回猎户座的耗时、降低Blue Moon着陆器自身的推进剂携带量要求,并最大化利用SLS火箭现有的奔月运力。

* Blue Moon Mark 2着陆器月面效果图 图片来源:Blue Origin,NASA
与星舰方案相比,Blue Moon把首批任务对在轨加注的技术依赖推后,代价则是增加了多个转移级的密集发射、在轨对接组装和逐级分离操作。
两套方案都需要多次重型火箭发射,只是把需要优先攻克的工程难题放在了不同环节。
这也解释了NASA为什么在2028年节点上同时保留两条技术路线。
星舰要验证规模化的低温推进剂汇集与转移,Blue Moon则要先从今年5月新格伦火箭的发射台事故中恢复,并在2027年底前先行完成Mark 1货运着陆器的探路验证,再把多个转移级和载人着陆器按任务顺序组织起来。
一个项目遇到供应链或技术卡点,并不必然导致另一个项目停摆。
底层的合同绑定关系也已经彻底重构。
原先SpaceX独占Artemis III、IV的载人登月任务,蓝色起源直到Artemis V才入场。
合同重整后,两家共同参与Artemis III近地轨道试验,而后续具体的载人登月任务不再预先绑定某一家供应商。
按项目经理Jeremy Parsons的表态,NASA打算“尽可能把最终选择权留到最后一刻”。
与中国的竞争,NASA压力十足
NASA局长Jared Isaacman在发布会上再次将重返月球放在与中国竞争的背景下,直言不讳地强调美国没有时间和资源可以挥霍,必须加速推进以在2028年重返月面并建立月球基地。
我国公开目标是2030年前实现中国人首次登陆月球。
中国载人航天工程办公室今年公布的进展包括梦舟飞船逃逸、揽月着陆器着陆起飞、长征十号火箭相关大型试验。
中美双方正在同一时期推进各自的载人登月系统,构成了明确的竞争关系。
这份进度压力已经直接体现在NASA务实的任务取舍中:先增加一次近地轨道载人联试消减风险,允许两家着陆器分别采用最适合自身硬件的飞行轨道,并精简首批任务必须完成的指标。
首次月面任务目前瞄准开展两次、每次约两小时的月面舱外活动,主要用于采集月壤样本和实地测试Axiom Space提供的登月宇航服。
但Artemis III的近地联试也无法包办所有后续验证,因为在近地轨道交会对接完成,也并不能替代月面下降、复杂光照条件下的软着陆和月面再次起飞。
NASA仍硬性要求SpaceX与蓝色起源在执行载人登月前,必须各自完成一次全流程的无人登月演示任务,并对着陆器系统完成严格的载人安全认证。
从现在到2028年,NASA需要把近地轨道三箭联试、赴月所需的在轨加注与多级组装、无人月面着陆演示和载人认证无缝接续起来。
与中国的竞争让这份时间表更加紧迫,而2028年首次登月任务究竟交给星舰还是Blue Moon,最终只取决于谁能先把无人演示跑通。
来源 / 叁井瘦 作者 / 笨笨牛
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