世界航天新科技
——“月神”登月計劃

+劉進軍

世界航天突飛猛進、日新月異。

世界航天發(fā)展的未來方向是：重返月球、建設月球空間站、建設月球基地、登陸火星、建設火星空間站、建設火星基地、捕捉小行星、反擊小行星、深空探測、飛出太陽系、太空電站、太空電梯、太空采礦等。

而月球，正是其中最重要的舞臺。

重返月球：全球競賽

重返月球，全球競賽。下一個10年肯定會是一個瘋狂的旅程。這里先讓我們了解一下全球的努力。

2019年，中國的“嫦娥-4”號探測器首次登陸月球背面。它將收集并返回月球樣本，探索極地，尋找可以開采的資源，并為20世紀30年代的中國航天員登陸月球做準備。2020年下半年，中國還將發(fā)射“嫦娥-5”號探測器，擴大戰(zhàn)果。

1969年7月20日，美國宇航員首次登陸月球。1976年，蘇聯(lián)發(fā)射“月球-24”號探測器之后，就放棄了月球競賽。但現(xiàn)在，時隔近半個世紀后，俄羅斯已經(jīng)計劃了至少5次月球探測的任務。2021年，俄羅斯將發(fā)射“月球-25號”探測器，執(zhí)行第一次月球探測任務。“月球-25號”將在月球南極附近著陸，尋找宇航員建立月球基地所需的礦產(chǎn)、水源和其他資源。

這些年，美國太空探索技術公司的“龍”號貨運飛船已經(jīng)向國際空間站運送物資。2020年5月30日，“龍”號載人飛船發(fā)射，將2名宇航員送入國際空間站。2023年，“龍”號飛船將搭載7名日本游客送到更遠的月球軌道旅游。

月球基地

太空采礦

特朗普：2024年，登陸月球！

歐洲太空局計劃發(fā)射月球機器人，在2025年前開采月球風化層——月塵，以獲取像氧氣和水這樣的寶貴資源。

日本的探測月球智能著陸器將在月球的隕石坑上使用面部識別技術，為2120年代初極其精確的月球車登月做準備。

印度第2次登月任務“月船-2”號探測器于2019年7月22日發(fā)射奔月。“月船-2”號著陸器的著陸地點在南極附近。著陸器將在那里探索月球表面，收集水冰、巖石和土壤數(shù)據(jù)，但著陸失敗。

太空法律意在月球霸權

2017年9月，美國宇航局、歐空局、俄羅斯宇航局宣布：聯(lián)合建造稱為“深空門戶”或“太空港”的月球空間站。意大利、法國、英國、德國、日本、印度、加拿大、澳大利亞、韓國、烏克蘭等國參加這座月球空間站建設。

2019年，美國宇航局建議將“深空門戶”空間站改為“月球之門”空間站。科學目標是：重返月球，探測小行星，最終實現(xiàn)載人登陸火星。“月球之門”空間站將于2020年開始建設，2020年代內(nèi)建成。它不僅是載人和機器人登月任務的中轉站，而且還是一個科學實驗室、太空天文臺。它還將成為探索和登陸火星、捕獲小行星的出發(fā)站。

2017 年12 月11 日，“阿波羅-17”號飛船成功著陸月球表面同一天，在美國國會的代表、美國太空委員會的代表、“阿波羅”計劃宇航員杰克·施密特和現(xiàn)任美國宇航局宇航員佩吉·惠特森一道見證下，美國總統(tǒng)特朗普簽署了《太空政策指令-1》法律。

《太空政策指令-1》法律，即《美國太空委員會-1》。這是一項改變美國國家太空政策的法律，一項由美國政府主導，私營公司參加的綜合計劃：人類重返月球、登陸火星和其他太空探測任務。《太空政策指令-1》法律最大特點是：美國宇航局+私營公司，聯(lián)合探測太空。

“月神”計劃：新月球時代的美國戰(zhàn)略

在《太空政策指令-1》的激勵下，美國宇航局制定了新的登月計劃。2019年7月20日，美國宇航局慶祝最大成就之一——“阿波羅-11”號宇航員登月50周年。這天，美國宇航局宣布了重返月球計劃——“阿特米斯”計劃，確定了登月的最后期限。

“阿特米斯”登月計劃，又稱為“月神”登月計劃。這是美國宇航局最新的登月計劃。“月神”登月計劃的名字來源于古希臘神話中的狩獵女神、月亮女神——阿特米斯。阿特米斯，是太陽神阿波羅的孿生姐姐。50年前，美國宇航局以阿波羅的名字命名了登月計劃，首次將宇航員送上月球。現(xiàn)在，美國宇航局以阿波羅妹妹的名字命名了新的登月計劃，含義頗深。

“月神”計劃包括在近地軌道、繞月軌道和月球表面等任務，以及更遠的目的地——火星、小行星等。“月神”計劃的科學目標：2020年～2023年，美國宇航局兩次發(fā)射“太空發(fā)射系統(tǒng)”火箭，將“獵戶座”飛船、宇航員將送往月球軌道。2024年底前，美國宇航員登陸月球，特別是在月球南極地區(qū)，美國第一位女宇航員將在月球行走。

“阿波羅”飛船6次登月，采集樣品381.7千克。科學家進行了詳細研究，獲得了月面部分區(qū)域月壤、地質(zhì)和環(huán)境的詳細數(shù)據(jù)。這次登月，人類要長期工作、建設月球空間站、建設月球基地、開發(fā)月球礦產(chǎn)和資源。

目前，美國宇航局已經(jīng)招標了10多種月球基地和月球住宅的方案。歐空局也提出穹頂與蜂窩結構壁結構等月球基地的設計。2020年代末，人類開始將在月球背面、南極建造月球基地。月球基地將利用月壤和風化層進行3D打印。機器人打印機在月球基地周圍建造外墻，覆蓋整個基地。月球基地保護月球居民免受宇宙射線輻射、極端溫度、微流星和隕石撞擊等。

“月神”計劃的5大戰(zhàn)略目標

1.美國從地球軌道上的載人航天活動升級為月球軌道上的載人航天活動。

2.登陸月球和環(huán)月飛行，以及更遠星空任務的能力。

3.通過一系列機器人任務，促進月球資源的科學發(fā)現(xiàn)和特征描述。

4.讓美國宇航員在月球進行長期的探索和利用活動。

5.研究月球、地球和太陽系起源的新知識，促進人類探測火星和其他星空任務的能力。

當天，美國宇航局公開了“月神”登月計劃的徽章。徽章的中心是字母A，位于地球之上，背景是月球。美國宇航局稱彎曲的紅色為“火箭紅”，其他顏色稱為“地球藍”和“月球銀”。彎曲的紅色意為人類從地球到月球的飛行軌跡。

美國宇航局表示：“A”象征著阿特米斯所用弓箭的箭頭，同時代表火箭發(fā)射、人類航天。“A”的尖端延伸到月球之外，并且從地球到月球的軌跡被涂成紅色，這代表了“阿特米斯”計劃是人類進入火星的第一步。新月型的地球也具有雙重含義，即代表地球，又象征了阿特米斯的弓。

“月神”計劃將是人類太空探測的又一座里程碑。

“月神”計劃路線圖

“月神”登月計劃

“月神”計劃主要由美國宇航局執(zhí)行。美國宇航局聯(lián)合歐洲太空局、俄羅斯宇航局、日本宇航局、加拿大太空局和澳大利亞太空局等國際合作伙伴。美國宇航局正在邁向建立月球上建設月球基地等長期目標，為私營公司建立月球經(jīng)濟奠定基礎，并最終將人類送至火星。

“月神”計劃分為2個階段：第一階段，美國宇航員在2024年內(nèi)登陸月球。第二階段，美歐俄在月球附近聯(lián)合建設“月球之門”空間站。2022年底，“太空發(fā)射系統(tǒng)”火箭首先發(fā)射“月球之門”空間站的動力與推進艙。2028年，美歐俄建成“月球之門”空間站，環(huán)繞月球飛行，作為隨時進入月球的基地和前哨站。

美國宇航局描繪了清晰的“月神”計劃路線圖：1.設計、研制和實驗各種航天器。2.建設火箭發(fā)射基地。3.選拔和訓練宇航員。4.設計完美的飛行計劃和飛行時序，萬事俱備。5.火箭發(fā)射，飛船進入月球軌道，宇航員登陸月球。

美國宇航局已經(jīng)訓練了幾十名月球宇航員、火星宇航員。2020年1月12日，美國宇航局局長吉姆·布里登斯汀在位于休斯頓的約翰遜航天中心舉行了2017年級宇航員畢業(yè)典禮。美國宇航局歡迎11名新宇航員為太空飛行任務做好準備。這些宇航員可能被分配到國際空間站、月球、最終登陸火星的任務。

宇航員在深空、月球所面臨的環(huán)境與地球上大不相同。美國宇航局已經(jīng)選擇了12項研究宇航員月球、火星和小行星長期飛行任務中的健康和表現(xiàn)有關的項目。其中包括：太空中的壓力和睡眠障礙對大腦功能的影響，以及免疫系統(tǒng)對微重力、零重力的反應。

人類在月球上的漫步，以及將宇航員送上火星需要各種新的科技和創(chuàng)新。根據(jù)《太空政策指令-1》法律中，美國宇航局+私營公司聯(lián)合探測太空的原則，“月神”計劃大力支持中小航天企業(yè)研發(fā)各種航天技術和太空技術。

美國宇航局梅溪空間站動力工廠

2019年5月14日，美國宇航局宣布了總額為1.06億美元的小企業(yè)獎，其中包括人類探索和操作、防輻射服裝、太空技術、太空飛行技術、太陽能電池技術、精確著陸與避險技術、科學和航天領域等技術。這些獎金為來自129家美國小企業(yè)的142項提案亮起了綠燈。

特朗普政府支持各個民營公司，研發(fā)設計、開發(fā)硬件，并可能啟動月球經(jīng)濟。美國宇航局向11家美國公司提供了研發(fā)經(jīng)費，其中包括埃龍·馬斯科的太空探索技術公司、杰夫·貝佐斯的藍色起源公司、洛克·希德馬丁公司等，開發(fā)將宇航員送到月球表面的著陸器。

美國9家民營小公司已與美國宇航局簽約，設計研發(fā)月球車、機器人，運送月球車、機器人。這些月球車、機器人在月球收集數(shù)據(jù)和進行研究。有的公司對開采月球資源，如水源、礦產(chǎn)感興趣。水可以分解成氫氣和氧氣，并轉化為火箭燃料。

宇航員在飛船、空間站和登陸月球，最主要的是安全。美國宇航局設計了各種宇航服，輕便、簡單、安全。為了防止火災、故障災難和重大疾病，美國宇航局在國際空間站4次實驗火災和救難實驗，制定了各種救災救難的演習。

吃喝拉撒在地球上是小事，但在太空、月球上是大事。“阿波羅”計劃中，宇航員的全營養(yǎng)主食是藜麥。藜麥原產(chǎn)于南美的安第斯山脈，印第安人的主食。藜麥營養(yǎng)豐富，號稱“糧食之母”。現(xiàn)在，各國宇航員都將藜麥作為主食，號稱“太空食品”。宇航員在“月球之門”空間站、月球上建設月球基地，長期生活，主食仍然是藜麥。味道好極了！

在國際空間站、航天飛機上，宇航員方便時用真空馬桶，不留一點大小便的氣味、痕跡。太空，本身就是真空的，制造真空馬桶不是難事。如果在月球上、在登月器上方便，就有點問題。月球的重力是地球的六分之一。怎樣在月球的微重力環(huán)境下方便，并不污染月球？美國宇航局正在招標這個難題，研究出一種月球馬桶，方便、安全和不污染月球。

“月神”計劃要花多少錢

“月神”計劃需要多少錢？這些令人印象深刻的計劃有多少會真正實現(xiàn)？

目前，這個龐大的計劃成功率多大，能實現(xiàn)多少，還很難說。“月神”計劃的整體費用仍不得而知。根據(jù)美國宇航局的數(shù)據(jù)：“阿波羅”計劃最終的預算總額為236億美元，相當于今天的1360多億美元。這意味著，“阿波羅”飛船每一次登月成本約為2019年的226億美元。

2019年，美國總統(tǒng)特朗普已經(jīng)撥給美國宇航局2020財政年度210億美元。2019年5月13日，為了 2024年將人類送上月球，特朗普總統(tǒng)宣布2020財年增加16億美元，讓美國宇航局走上實現(xiàn)這一偉大、宏偉和震撼的壯舉。這些錢僅夠“月神”計劃塞塞牙縫。

2020年2月，美國宇航局公布未來幾年財政年度預算的總統(tǒng)申請計劃，總計460.18億美元：

2021財政年度，“獵戶座”飛船需要14億美元。2022年～2025年財年，“獵戶座”飛船預算分別為：13.22億美元、13.91億美元、12.4億美元和10.85億美元。2021年～2025年財年，“獵戶座”飛船計劃投資64.38億美元。

2021財年，“太空發(fā)射系統(tǒng)”火箭需要22.57億美元。2022年～2025年財年，“太空發(fā)射系統(tǒng)”火箭計劃投資22.38億美元、22.49億美元、20.92億美元和20.87億美元。2021年～2025年財年，“太空發(fā)射系統(tǒng)”火箭計劃投資109.23億美元。

2021財年，“月球之門”空間站美國艙段需要7.39億美元。2022年～2025年財年，“月球之門”空間站美國艙段計劃投資7.12億美元、4.82億美元、3.77億美元和4.76億美元。2021年～2025年財年，“月球之門”空間站計劃投資27.86億美元。

2021財年，月球登陸器需要33.7億美元。2022年～2025年財年，月球登陸器計劃投入43.88億美元、51億美元、49.71億美元和34.28億美元。2021年～2025年財年，月球登陸器計劃投資212.57億美元。

2021財政年度，月球車、月球機器人、月球基地、能源生產(chǎn)和材料開發(fā)等技術需要2.12億美元。2022年～2025年財年，月球車、月球基地等計劃投入0.821億美元、16.65億美元、15.02億美元和11.53億美元。2021年～2025年財年，月球登陸器計劃投資46.14億美元。

2018年財年為止，美國宇航局已有337億美元用于“太空發(fā)射系統(tǒng)”火箭、“獵戶座”飛船和地面系統(tǒng)的開發(fā)。2019年～2037年期間，火箭、飛船和地面系統(tǒng)的總成本為832億美元。

人類登陸月球

美國太空探索技術公司的“星際”飛船：從地球直接飛到月球

在2024年登月之前，“月神”計劃的總費用估計為350億美元。這是美國宇航局在2021年～2025年財政年度對“月神-1”、“月神-2”和“月神-3”計劃任務的投資。2033年前，美國宇航局計劃到達火星軌道。根據(jù)美國宇航局報告：到2037年，火星軌道飛行任務的總成本為1169億美元。

盡管財大氣粗，但美國宇航局希望“月神”計劃是一個高科技、低成本、時間長、成功率大的計劃。高科技，有可能增高成本，也可能降低成本。

美國宇航局局長吉姆·布里登斯汀號召：太空探測，是全人類的神圣事業(yè)。期待每一個地球人都獻計獻策，讓“月神”計劃能夠成功！