不只是厕所问题：美国登月之旅暴露大量问题
“阿尔忒弥斯 2 号” 乘组。图片来源：美国国家航空航天局（NASA）。
4 月 11 日，美国国家航空航天局（NASA）“阿尔忒弥斯 2 号”（Artemis II）航天任务乘组结束探月之旅返回地球。《剖面》杂志记者维克托・谢尔盖耶夫撰文介绍了 NASA 本次具体测试了哪些内容、为何此次飞行不能算作严格意义上的科研任务，以及后续计划。
4 名航天员 —— 美国的格雷戈里・里德・怀斯曼、维克多・格洛弗、克里斯蒂娜・库克以及加拿大的杰里米・汉森，于 4 月 1 日搭乘太空发射系统（SLS）火箭升空，随后乘坐 “猎户座” 飞船绕月飞行，并于 4 月 11 日在加利福尼亚沿岸太平洋海域溅落。该任务在准备阶段就遭遇诸多困难，发射日期因此多次推迟。
数十年来，重返月球的构想一直牵动着世界主要航天大国的神经。美国在 21 世纪初便积极推进相关计划，俄罗斯正在研制的新一代 “雄鹰” 载人飞船，最初也以探月为设计目标；中国则计划在 2030 年前实现航天员登月。
因此，“阿尔忒弥斯 2 号” 对 NASA 而言，很大程度上是一项形象工程 —— 这是自 1972 年 12 月（阿波罗计划第六次、也是最后一次载人登月）以来，人类首次近距离抵近月球，美方计划不再出现如此漫长的任务空窗期。
据该机构发射前官方声明，本次任务核心目标就是完成载人往返月球的飞行，途中主要任务包括：监测乘组身体状况、开展多项专业实验、监测与测试各类技术系统、实地观测并高清拍摄月球（含月球背面）。
从任务理念来看，“阿尔忒弥斯 2 号” 与 1968 年 12 月的 “阿波罗 8 号” 相似，后者是人类首次无登月载人近月飞行。当时乘组任务与本次相近但难度更高：飞船进入月球轨道后，在约 111 公里高度飞行 20 小时、绕月 10 圈，拍摄了大量候选着陆点影像。而 “阿尔忒弥斯 2 号” 仅绕月飞行，最近距月表 6500 公里，借助月球引力实现返航转向。
通俗来讲，“阿尔忒弥斯 2 号” 旨在验证在现有技术条件下载人探月的可行性。同时 NASA 也对外发布了大量精美影像：飞船与航天员共搭载了 32 台各类拍摄设备，含舱外摄像装置。该机构还刷新了人类远离地球的最远距离纪录：约 40.7 万公里，超过 1970 年 “阿波罗 13 号” 的 40 万公里出头。
由此可见，本次任务并非严格的科研任务，核心价值在于获取航天员生命状态相关数据。为未来人类长期驻留月球、建设永久及半居住设施做准备，科研人员需要收集更多辐射等环境因素对人体的影响、月球表面陨石撞击（航天员报告至少 5 次陨石撞击未被设备探测到）等信息，工程师则需完成飞行技术验证。
大气层最小弹跳返航
不妨从返航阶段说起，这是飞行中最危险的环节之一：飞船再入大气层时，表面温度将升至 2700–2800 摄氏度。“阿尔忒弥斯 2 号” 的返航过程尤为关键，原因在于 2022 年底执行的无人任务 “阿尔忒弥斯 1 号” 出现意外：飞船隔热盾在再入高温环境下出现超 100 处破损，部分部件甚至脱落。
问题根源在于新型再入方式 ——NASA 测试了所谓 “跳跃式再入制导” 技术：飞船先进入大气层上层，受大气反弹 “跃出”，随后再次切入更深处的目标区域，原理类似扁石在水面打水漂。但该方式导致温度多次骤变，隔热层内积聚的气体无法有效排出，从内部撑裂了部分构件。
不过飞船主体完好，NASA 依据传感器数据表示，即便当时舱内有航天员，也不会受到伤害，该任务仍被判定为成功。因此 “阿尔忒弥斯 2 号” 并未重新设计隔热盾，仅做小幅优化，核心是简化再入轨迹，将弹跳幅度降至最低。最终，“阿尔忒弥斯 2 号” 顺利返航。
双通道通信保障
通信保障是航天任务的另一核心要素。NASA 长期使用上世纪 50 年代末至 60 年代初研发的 “深空网络”（DSN），该系统由分布在全球三地的三座无线电天线组成，可基本实现与月球、火星等天体探测器的实时通信，故而得名 “深空通信系统”。本次 “阿尔忒弥斯 2 号” 同样启用该系统，乘组除在 “猎户座” 飞至月球背地面的约 40 分钟外，全程通过无线电与地面指挥中心保持联络。
但深空网络负载极高，需承担 NASA 所有深空探测器的通信任务，且信号以无线电波传输，这两大因素极大限制了数据传输量与速率：天线仅能维持基础通信，无法实现全方位实时管控，也难以传输高清图片、视频及完整遥测数据。
为此，“阿尔忒弥斯 2 号” 采用混合通信方案：在深空网络基础上，新增激光光学通信通道。这本质上也是一项技术测试，NASA 验证了该通信方式的稳定性、飞船姿态调整需求等。至少部分照片与视频通过激光传输至地球，并在乘组返航前便已对外公布，遥测与其他技术数据大概率也通过该方式传回。
尽管这是载人任务中首次应用该技术，但无线电 + 激光的混合通信模式并非全新概念。NASA 此前已多次验证：2013 年开展月球轨道探测器激光通信演示实验，2021 年完成地球静止卫星激光中继通信测试，2024 年又借助激光实现与 “灵神星” 探测器的通信，通信距离远超地月距离。光学信号始终作为传统无线电的补充，显然 NASA 将在未来所有航天计划中重点布局该技术。
问题仍层出不穷
“阿尔忒弥斯 2 号” 的飞行并非一帆风顺：航天员多次反映废弃物处理设备故障，邮件客户端（两款版本均）出现技术故障。这些问题均已解决，在整个任务中影响微乎其微，但达成这一结果的过程却漫长且曲折。
该任务原计划在 “阿尔忒弥斯 1 号” 后于 2024 年执行，后多次推迟，累计延后一年半。问题源于洛克希德・马丁公司制造的飞船结构需进行系统性改进。
测试阶段首先暴露生命保障系统故障，该系统负责保障航天员在轨呼吸。其一，清除空气中二氧化碳模块的阀门控制逻辑异常；其二，防气体泄漏密封件出现松动。两处问题均已修复，飞船发射前还完成了大量额外测试。
另一问题关乎飞船电池（两组主电池 + 两组备用电池），其为动力、通信、导航核心设备供电。压力测试显示，原始配置的电池无法承受应急逃逸系统启动时的负荷（该系统在火箭发射爆炸时可分离并转移航天员舱）。工程师不得不重新设计电池回路，包括固定部位与减震装置，耗时颇久。
后续探月计划
按照 “阿尔忒弥斯” 计划基础路线图，原定于第三次任务实现载人登月。但 2026 年初 NASA 调整计划，“阿尔忒弥斯 3 号” 将不再执行登月任务。
取而代之的是，2027 年乘组将在近地轨道完成 “猎户座” 与月球着陆器（HLS，由太空探索技术公司、蓝色起源公司研发）的交会对接与分离试验，并测试 AxEMU 航天服。地面飞控中心则将监测飞船与着陆器组合体的动力、生命保障等设备运行状态。事实上，“阿尔忒弥斯 3 号” 任务模式将与 1969 年 “阿波罗 9 号” 相仿。
载人登月计划调整至 “阿尔忒弥斯 4 号”，任务时间定为 2028 年初。届时 NASA 希望实现太空发射系统（SLS）火箭各部件标准化，包括搭载 “猎户座” 与航天员入轨的二级火箭新型号。月球着陆器将以无人模式单独发射入轨，在月球轨道完成对接作业。
“阿尔忒弥斯 5 号” 计划于 2028 年底执行，目前尚未公布具体任务目标，此后 NASA 计划每年发射一艘探月飞船。但众所周知，对这类计划需持审慎怀疑态度。
太空发射系统（SLS）火箭前景不明，其制造工艺复杂、成本高昂；月球着陆器型号至今未公布，若研发延期，所有任务都将再度推迟。近地轨道试飞还可能暴露新的技术问题。总而言之，未解难题众多。在美方解决这些问题的同时，怀揣自主探月抱负的俄罗斯与中国，完全有可能迎头赶上。
原文：toutiao.com/article/7629766288256156202/
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