月球軌道平臺“門戶”發展情況分析

王霄（北京空間科技信息研究所）

2017年3月，美國國家航空航天局（NASA）提出了“深空之門”（DSG）和“深空運輸站”（DST）計劃。“深空之門”規劃在21世紀20年代建成有人照料的地月空間站，將用作擬建“深空運輸站”的中轉補給站。2017年9月27日，美俄兩國正式就共建“深空之門”達成合作協議。2018年5月，NASA發布了《月球軌道平臺“門戶”合作與發展備忘錄》的聲明，將“深空之門”更名為月球軌道平臺“門戶”（LOP-G），并簡要介紹了“門戶”的建造計劃。“門戶”概念一經推出，便受到各國高度關注，未來將作為國際合作項目展開建造。

1 “門戶”計劃提出背景

美國政府重新聚焦深空探索，將作為探火的“跳板”

特朗普政府將更多的目光聚焦到深空探測、載人航天、技術發展、商業航天的發展，提出建造月球軌道平臺，并以火星為長遠目標，持續推動能力建設，保證其核心能力發展。此外，取消“小行星重定向”（ARM）任務，將人力、物力和財力更多地分配給深空探測和科學任務。總之，特朗普政府的上臺，對美國現有的航天政策進行了重大調整，將產生深遠影響。

2017年10月5日，在重組后的國家航天委員會召開的首次會議上，美國副總統麥克·彭斯發表演講，宣布美國將重啟登月計劃并建立永久性月球基地。彭斯表示，美國未來將通過國家航天委員會制定的政策鞏固美國航天領域的領導地位，并重新執行載人登月計劃，為今后的載人登陸火星和其他目標奠定基礎，并將月球作為一個跳板，加強美國在載人航天領域的商業化和國際化合作。2017年12月11日，總統特朗普簽署“一號航天政策指令”，正式重啟重返月球計劃。

特朗普政府一直致力于將美國的航天計劃方向調整到載人空間探索。在2018年4月舉行的第34屆航天大會上，副總統彭斯表示，在總統的領導下，NASA將帶領美國重返月球。重返月球將從建造月球軌道平臺開始，這是進入深空的“門戶”，用作科學前哨站、補給中心，最終還要構建燃料庫，作為美國在月球區域的戰略存在。

最新出臺的《全球探索路線圖》將地月空間定義為推進和持續實現人類空間探索目標的下一個步驟。路線圖強調，月球軌道和月球表面在可持續的人類空間探索活動中扮演重要角色，月球軌道平臺也將為未來人類登陸火星做準備。

重組國家航天委員會，欲確保航天領先地位

2017年6月30日，特朗普簽署了行政命令，決定重新建立國家航天委員會，直接隸屬于總統行政辦公室，并任命副總統彭斯為委員會主席。美國國家航天委員會旨在幫助制定美國的空間政策，重新啟用國家航天委員會是為了更好地保持美國太空事業在國家安全、商業、國際關系和科研等方面的協調一致和持續發展。根據了解，新的國家航天委員會的職能是為總統提供有關國家航天政策和戰略方面的咨詢建議和輔助工作，并根據總統的要求完成其他工作。其具體職能主要包括6個方面：①審議美國政府的國家航天政策（包括長期目標），制定國家航天活動戰略。②就航天政策和航天相關問題向總統提供建議。③對國家航天政策和戰略目標的實施情況進行監督和協調。④促進美國軍、民、商航天部門之間的密切協調、合作以及技術和信息交流。⑤就美國參與國際航天合作提供建議。⑥協調解決重大的航天及航天相關政策分歧。國家航天委員會的重啟和運行不妨礙任何機構的現有職權范圍或職責。

美國需要一套連貫一致的決策機制，而國家航天委員會將確保美國保持在空間探索和技術創新中的領先地位。NASA前代理局長羅伯特·萊特福德認為，重組國家航天委員會將有助于確保國家空間力量的各個方面——國家安全、商業、國際合作、探索和科學等，是確保美國航天領先地位的一個舉措。

美國政府欲借深空探索之力，助推社會經濟發展

彭斯在第34屆航天大會上提到，特朗普總統自上任第一天起就一直致力于履行他的競選承諾——恢復美國在太空中的領導地位。因為總統認識到空間探索對國家安全和經濟繁榮發揮至關重要的作用。彭斯表示，他和總統還認識到，航天對塑造美國的性格也極其重要。

2018年5月3日，NASA發表了《月球軌道平臺“門戶”合作與發展備忘錄》，希望通過加強目前人類的航天活動，確保美國在航天領域的持續領先地位，并在未來幾十年里，培育基于近地軌道的強大的太空經濟，將美國的能力進一步擴展到太陽系。備忘錄還強調，“門戶”能夠推動美國的產業發展，確保美國在新興的關鍵領域保持全球領先地位。

近地軌道商業航天發展成熟，催生商業月球載荷服務計劃

特朗普上臺后多次強調要大力發展公私合作關系，并提到將把公私合作關系作為今后美國民用航天活動的基礎，尤其是深空居住和探索系統以及新技術研發等方面。未來美國將大力發展以太空探索技術公司（SpaceX）、藍色起源公司（Blue Origin）等為代表的商業航天企業，尋求與私營公司進行商業航天合作的可能性。未來可能將近地軌道進入和近地軌道操作任務都移交給商業部門，此外在“國際空間站”（ISS）運行和資助方面納入更多“私人和公共合作伙伴”，美國政府欲逐步退出近地軌道的航天器的運作，一是為了將更多的國家層面的資源與精力，用于探索和利用更遠的外層空間，二是為了充分引入新型商業公司的先進技術以及靈活的運營模式，實現航天科技創新，實現科技帶動經濟效益與社會效益。

美國在近地軌道商業航天領域取得的成功，可以擴展到更遠的深空，NASA目前希望通過在月球項目上“復制”這一模式，將商業航天發展推得更遠。近日，NASA公布了商業月球載荷服務（CLPS），該計劃可視作商業軌道運輸服務（COTS）的月球版本。根據NASA文件的要求，CLPS計劃分三階段進行：第一階段下投票的商業機構需要發展可將指定載荷運送至月面/月軌道的著陸器，載荷包括通訊站、發電廠及各類科研衛星/月球車等；第二階段瞄準月面工業化，包括原位資源利用等；第三階段則是研究長期月面基地的可能性，包括大規模地月間資源運送，以及月面建立有人基地的研究。NASA希望通過引入商業伙伴，大幅度降低地月間的運輸成本，使將來的月球任務更具可行性。

隨著載人探索進入深空，美國將從歷史上最大的軌道實驗室——“國際空間站”開始，釋放近地軌道開拓性商業太空企業的無限潛能。隨著低成本進入太空需求的飆升，近地軌道的前景已經遠遠超出了最初的預期。美國政府意識到“國際空間站”以前的運營模式注定不會長久，而且也無需長久。正因如此，美國政府對“國際空間站”的直接資助僅以7年為限。目前，政府正在投資開發新的科技能力，供商業航天企業建造未來軌道平臺之用。

2 “門戶”發展情況

基本情況

“門戶”是一個將建在月球附近軌道上的空間站，包括4個大的艙段和其他部件，作為戰略平臺而建立，將用作月球表面及至更遠深空目的地（包括火星）探索任務的中轉站，也是深空長時間載人任務中人體和技術挑戰的調研和解決平臺。“門戶”最初將被放置在月球附近的“近直線暈軌道”（NRHO）上，其各個部件將在探索任務（EM）—2～8任務中作為與“獵戶座”飛船（Orion）共同裝載的有效載荷，由“空間發射系統”（SLS）發射。“門戶”預計在2023年開始部署首個艙段，設計壽命為15年。按計劃，美國負責研制電源和推進艙（包含部分歐供設備）；歐洲和日本負責居住艙的研制；俄羅斯負責氣閘艙的研制；加拿大負責機械臂的研制，補給艙由于有多種過渡方案，目前方案尚未確定。

“門戶”標稱軌道參數

建造計劃

“門戶”的建造計劃包括三個階段：

第一階段（2018－2026年）月球前哨站階段。在月球近直線軌道上建造核心組成部分，根據2017年3月NASA顧問委員會會議上公開的資料顯示，組裝“門戶”原定需要“空間發射系統”發射4次，預計耗時3～5年時間。“門戶”組建目前定于2023年正式開始，此前，“空間發射系統”將執行首飛驗證，探索任務－1的首飛任務原定是2018年發射，現已經推遲到2020年中期，而且還可能繼續延遲，該次任務中，“空間發射系統”將搭載“獵戶座”飛船進入繞月飛行的大幅值逆行軌道，并于26～40天返回地球，以測試可靠性，在2023年的EM－2任務中，將發射首個艙段電源推進艙，在接下來的EM－3和EM－4任務中發射的“獵戶座”也將與“門戶”對接，參與空間站建造。從2026年開始，“空間發射系統”將執行EM－5發射任務，將俄羅斯的氣閘艙發射入軌，至此，第一階段建造完成，在不包含“獵戶座”的條件下質量為40t，至此深空之門基本具備了載人登月中轉能力，參與成員國僅需要單獨研發登月艙，發射到NRO軌道，即可完成載人登月的所有準備工作。

第二階段（2027－2029年）地月轉運階段。如果計劃順利實施，NASA將繼續執行EM－6～9任務，EM－6將深空運輸站發射進入地月轉移軌道，然后深空運輸站利用自身電推進系統，耗時191～122天變軌進入NRO軌道，與“門戶”對接。EM－7任務將繼續發射補給艙和載人飛船。EM－8就是貨船對深空運輸站進行在軌加注。EM－9任務中，深空運輸站脫離“門戶”，單獨在地月空間進行為期300～400天的試航，驗證深空運輸站長時間深空獨立飛行能力，為飛向火星的長期載人飛行做準備。

第三階段（2030年以后）載人登火階段。EM—10任務中，“空間發射系統”和Block2發射貨運飛船，在EM—11任務中，發射獵戶座和補給艙前往“門戶”，如果一切順利，深空運輸站在在軌補給后獨立進入地火轉移軌道，重新與“門戶”對接，但本階段規劃目前還不詳細，但可以肯定的是，“門戶”將發揮重大作用。

“門戶”部件及組裝過程時間軸

根據目前計劃，NASA、日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）、歐洲航天局（ESA）、加拿大航天局（CSA）以及俄羅斯聯邦航天局（Roscosmos）都可利用“門戶”來支持可重復使用載人登月器以及探月機器人任務。“門戶”及站上工作人員將為未來火星運輸系統提供服務和支持。2017年9月，美國和俄羅斯達成共建月球軌道平臺合作意向并簽署合作意向說明。兩國約定，允許金磚國家加盟。未來，“門戶”項目以國際合作的形式開展。

經費支持

2018年4月中旬，美國眾議院科學、航天與技術委員會通過了《2018年NASA授權法案》（H.R.5503）。主要內容包括：授權NASA 2018財年207.4億美元預算，授權NASA 2019財年212.1億美元預算；支持特朗普提出的通過投資“空間發射系統”和“獵戶座”飛船來維持美國航天領導地位的愿景；支持NASA利用美國私營公司創新想法和投資來滿足探索外層空間可能的經濟需求。

2018年2月12日，特朗普政府提交名為《有效、高效、負責的美國預算》的2019財年預算申請，其中為NASA分配約199億美元預算，與2018財年的預算申請金額191億美元相比，增加約8億美元。

為響應特朗普2017年12月提出的“重返月球”計劃的號召，NASA在新的財年預算中深空探索系統領域增加了“先進探索系統”分領域，為其分配了8.89億美元的預算。該分領域主要包括月球軌道平臺“門戶”、“先進地月表面能力”、“探索先進系統”3項計劃。其中，月球軌道平臺“門戶”將在2020年代建立一個培養中短期深空探索能力的平臺。將在繞月軌道上組裝月球軌道平臺“門戶”，將其作為探索月球表面和更遠深空的、具有靈活的載人探索架構的中轉站。月球軌道平臺“門戶”可根據不同的任務需求（探索、科學、商業和國際合作）進行演化，形成不同的方案。

3 幾點分析

空間探索為美國未來發展重點，將帶動全產業迅速發展

美國民用航天發展重點將集中于深空探索，特朗普及其團隊一直強調，要使“美國再度偉大”，“美國政府應鼓勵航天探索領域的創新，鼓勵對學術界的研究和發展投資”，“即使需要削減聯邦預算，也必須承諾要保證對科學、工程、醫療保健和其他使美國人生活得更好、更安全、更繁榮的領域的投資”。特朗普政府重組國家航天委員會，簽署首個航天領域的總統令，增加深空探索領域的專項經費等舉動，都是在印證其“回歸深空探索”的諾言。不難預測，未來在相當長的一段時間內，美國都將以深空探索為重點發展目標，以月球為下一步牽引，著力推動新技術、新系統的研發。

美國政府不遺余力地推動深空領域的發展，還有一個意圖，就是希望通過促進深空探索，來帶動航天全產業的發展和提升就業，同時在太空中再次創造一個以美國為首的太空經濟圈。NASA計劃在2022年推出“門戶”最重要的一個組成要素：電推進元件，其利用美國商業衛星的專業支持，將為推動美國公司通信系統航天器技術發展帶來機會。這不僅有利于NASA，還有利于美國保持商業衛星產業的全球優勢，最終帶動全產業的發展。

實施可行性高，能夠作為探火的“起跳板”

地月空間能夠快速往返地球，具有更接近深空的環境，易于利用月球和近地小天體的資源，是試驗深空探索能力的絕佳場所。作為近地空間站向載人深空探索的連接橋梁，月球軌道平臺在技術和經濟上都能起到緩沖作用。月球軌道平臺方案是基于當前近地空間站的能力提出的，因此具有較好的技術基礎。此外，地月空間距離地球較近，其補給及往返較為簡單。制約該平臺發展的最大問題是如何將大型的設備發射至地月空間，除了發展重型運載火箭，隨著原位資源利用方法的進步，可以通過利用空間、月球資源減緩這一問題。

地月空間是對月球、地球和太陽系進行科學觀測的有利位置，利用安裝在“深空之門”外部的裝置可以開展觀測活動。月球軌道平臺可用于從月球表面以及其他太陽系目的地獲取具有科學價值的樣本。該平臺還可以為小衛星、立方體衛星和月球表面設備提供通信中繼。在平臺上能夠實現在深空環境中進行人體生理學實驗。月球表面可以使用遠程機器人遠程探索，包括部署復雜的表面科學儀器。建立月球軌道平臺能夠有機銜接近地載人活動與載人深空探索，為載人火星探測等載人深空探測活動驗證相關技術，積累相關操作經驗。

商業航天發展勢在必行，美國將采取新模式發展深空探索

NASA目前急于擺脫航天飛機退役后對俄羅斯的依賴，因此將大力發展以SpaceX、波音（Boeing）、軌道-ATK（Orbital ATK）等為代表的商業航天企業，不斷尋求與私營公司進行商業航天合作的可能性。美國白宮和國會都希望“國際空間站”能夠從現在嚴重依賴NASA的投資的情況，轉變為把NASA作為近地軌道商業航天領域的眾多用戶之一。2018年4月，NASA向國會提交了“國際空間站”過渡報告，闡述了未來NASA在近地軌道上將進行的運行、研究和開發活動，以持續美國在近地軌道上的駐留、維持美國全球航天領導力、持續發展商業航天、擴展商業航天市場、持續研發深空探索能力、持續返回可以造福人類的研究成果。該報告還討論了2024年及以后“國際空間站”的運行問題，還有例如“國際空間站”結束壽命后向其他平臺的過渡、近地軌道商業市場發展、“國際空間站”在深空載人探索中的作用等。今后NASA將逐步轉變為近地軌道載人航天私營企業的用戶，并將近地軌道進入和近地軌道操作任務都移交給商業部門。

2019財年，美國將繼續進行貨物和乘員運輸系統的商業化開發，商業公司將在2019年具備支持載人往返“國際空間站”的能力。NASA也繼續將“國際空間站”作為進行載人任務健康與表現的風險評估的平臺，并大力推進近地軌道的商業化活動。美國下一步主要目標是促進近地軌道商業航天的發展，以在美國政府2025年停止對“國際空間站”的直接投資后，逐步將近地軌道載人航天飛行業務轉交給私營公司，確保NASA能夠依靠其商業力量開展近地軌道研究和技術演示驗證。目前，在深空探索關鍵技術相關的若干領域中，商業應用得到很好的發展。促進政府和商業組織之間的伙伴關系將推動關鍵技術的發展，并加速技術驗證，驗證飛行環境中的性能，并確定近地軌道以遠的特定未知問題。公私合作還能豐富經驗和縮小知識缺口，特別是在制定標準和通用界面方面。

國際合作是未來各國發展載人航天的重要途徑

當今世界，各主要航天國家均對航天國際合作普遍給予高度重視，將其視為實現國家戰略的有效手段和調節國際政治關系的有力杠桿，合作模式、途徑及領域不斷豐富，取得顯著成果。

隨著載人航天活動向更深、更遠處推進，任務將更加艱巨，資金、技術等方面面臨的挑戰更大，僅憑一國之力越來越難以承受。同時，開展國際合作也是大國利用主導權鞏固領導地位、擴大影響力的重要手段，具有更加迫切的現實需求。進行國際合作可降低成本、分散風險、實現優勢互補和成果共享，積極推進基于雙邊和多邊的國際合作，走國際合作途徑是未來載人空間探索的必然發展趨勢。