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阿爾忒彌斯2號點火升空 | Jerry Pike / NSF
北京時間今天清晨,美國佛羅里達州肯尼迪航天中心39B發射臺被烈焰與轟鳴喚醒。一枚98米高的火箭騰空而起,4名宇航員坐在它的頂端,啟程奔向月球。
上一次有人做這件事,是1972年。
54年的空白,今天被阿爾忒彌斯2號打破。這趟為期近10天的繞月飛行,是美國新一代載人登月計劃真正意義上的第一次實戰彩排,也是人類載人航天在近地軌道蟄伏半個多世紀后,第一次重新邁出這一步。
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正在飛向月球的4名宇航員,左起:杰里米·漢森(加拿大)、維克多·格洛弗、里德·懷斯曼、克里斯蒂娜·科赫 | NASA / James Blair
歷經多次技術故障與發射窗口推遲,今天終于飛起來了。這消息值得慶祝。
但如果你多看一眼這個計劃的現狀,就會發現它背后藏著一堆麻煩。而這次發射,恰好把這些麻煩全部擺上了臺面。
半世紀來首次載人“掠”月
阿爾忒彌斯2號并非一次登月任務,而是一場針對載人深空往返系統的實戰驗證。它的核心目標只有一個:確認SLS火箭與獵戶座飛船的組合,能否安全地將宇航員送入月球軌道并順利帶回地球。這是整個阿爾忒彌斯計劃中,載人環節最基礎也最關鍵的生死考驗。
任務全程把安全放在第一位,采用了經典的自由返回軌道設計。簡單說,就是給飛船設計了一條“后路”:即便中途動力完全失效,飛船也能借助月球引力自動甩回地球,不需要額外救援。
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阿爾忒彌斯2號任務流程圖 | NASA
SLS火箭將獵戶座飛船送入繞地軌道后船箭分離,次日飛船點火進入地月轉移軌道,4天后以8字形軌跡飛掠月球背面,最近距離月球約7600公里。飛船全程不減速、不進入環月軌道、更不進行任何著陸操作,最終以超過4萬公里每小時的速度沖入大氣層,在太平洋濺落回收。
這條軌道,實際上與1970年阿波羅13號事故中的應急路線高度相似。那次任務,服務艙在途中發生爆炸,乘組在主發動機無法工作的情況下,靠登月艙的剩余推力多次微調軌道,走的正是一條“類自由返回軌道”,最終死里逃生。那是人類航天史上“最成功的失敗”,而阿爾忒彌斯2號這次主動選擇類似的軌道,是把當年的救命方案變成了標準操作。
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阿波羅13號任務中發生爆炸的飛船服務艙 | NASA
相比阿波羅13號在軌時的“一波三折”,阿爾忒彌斯2號的升空之路同樣坎坷,只不過麻煩發生在發射之前。
點火升空的這款SLS重型火箭,從首飛至今4年,始終被氦氣與氫氣系統的故障反復困擾。今年2月,液氫泄漏導致倒計時中止,2月窗口作廢;檢修中氦氣供應又出現中斷,火箭撤回裝配大樓大修,3月窗口跟著報廢;直到3月末才確認故障全部排除,鎖定今天的發射時間。
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獵戶座飛船結構圖 | ESA / NASA
火箭之外,獵戶座飛船也是帶著隱患上路的。2022年阿爾忒彌斯1號無人試飛時,飛船防熱大底就出現了超出預期的異常燒蝕。那是再入大氣層時保護宇航員的最后一道屏障。NASA為了追趕進度,沒有徹底整改,只調整了再入路徑和生產工藝,就放行了載人任務。今天這趟飛行,是這款“帶病上崗”飛船的第一次實戰檢驗,生命保障、導航控制、深空通信等核心系統,都要在載人環境下接受從未有過的考驗。
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阿爾忒彌斯1號的獵戶座飛船,防熱大底出現異常燒蝕 | NASA
可以說,阿爾忒彌斯2號的順利升空,只是完成了最基礎的低空及格,解決了“送人到月球軌道再回來”的出發問題,距離真正實現載人登月還很遙遠。
那么,這個距離有多遠呢?得先說說這枚火箭本身。
“復古”的“新型”重型火箭
作為美國這輪載人返月的核心運載工具,SLS本應是這次發射最值得大書特書的主角。然而在航天圈,這款火箭卻被戲稱為“參議院發射系統”,長期為伴的是另一串負面詞匯——超支拖延,擠占經費,問題不斷,就業工程。
故事要從2010年說起。彼時,小布什時代雄心勃勃的“戰神”火箭計劃剛剛夭折,航天飛機也因兩次事故纏身即將退役,美國陷入了一個尷尬的真空期,有意重返月球,卻沒有能用的重型火箭。更棘手的是,航天飛機退役意味著相關產業鏈面臨崩盤,幾十個州的就業崗位和選票都系于此。于是SLS上馬了,它的使命從一開始就不只是飛向月球,還要養活一整條產業鏈。
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執行阿爾忒彌斯2號的SLS火箭和獵戶座飛船 | NASA / Isaac Watson
重型火箭通常是一國航天工業的技術名片,勢必融入大量新技術和新設計。但SLS走了一條截然相反的路。它幾乎沒有研發任何新東西,而是把航天飛機的技術遺產重新拼裝了一遍,拋棄了所有重復使用設計,退回成了“土星五號”式的一次性運載火箭。
拼裝的結果,就是今天升空的這款Block 1構型的SLS重型火箭。數據相當漂亮:全箭高98米(含獵戶座飛船),起飛推力2200噸,近地軌道運力95噸,地月轉移軌道運力27噸。但拆開來看,每一個部件都在講述同一個故事。
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阿爾忒彌斯2號所用SLS火箭的4臺發動機,全部是航天飛機留下的庫存貨 | NASA/ Eric Bordelon
芯一級的4臺RS-25發動機,直接用的是航天飛機退役后的庫存貨。這款發動機性能卓越,真空推力220噸,原本可以重復使用十多次。但SLS每發射一次,就把4臺這樣的發動機一起扔進大海。兩枚固體助推器同樣派生自航天飛機,主要改動只是把分段從4段加到5段以增大推力,順便也取消了回收設計。芯二級為了壓縮研發周期,直接借用了已經退役的德爾塔4中型火箭的上面級。那本來只是一款中型火箭的配件,真空推力只有11噸,用在一枚近地軌道運力95噸的重型火箭上面,活脫脫就是“小馬拉大車”。SLS的運力因此被嚴重拖累,后來不得不專門立項開發“探索上面級”來補救。
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“小馬拉大車”的罪魁禍首,ICPS上面級 | NASA / Brandon Hancock
這個補救項目,后來也因為經費超支被砍掉了。這件事我們后面還會說到。
SLS誕生之初,正是靠著“全用成熟技術、研發周期短、成本可控”的承諾拿到了立項批準,初期宣稱單次發射成本僅4億美元。
而今天這場發射的單次成本,高達40億美元。
貴了整整10倍。一枚用舊零件拼出來、號稱省錢的火箭,變成了人類航天史上單次發射成本最高的火箭。而它,還將是阿爾忒彌斯計劃未來幾年里唯一的選擇,至少目前看來是這樣。
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SLS火箭是史上單次發射成本最高的火箭 | NASA / Joel Kowsky
不過就在發射前兩個月,NASA已經悄悄動了這個計劃的根基。
發射前的巨變,登月計劃大洗牌
今年2月,就在阿爾忒彌斯2號還在為發射窗口苦苦掙扎的時候,NASA發布了一份公告:整個阿爾忒彌斯登月計劃,要全面重組。
這不是主動的戰略升級,而是被逼到墻角的無奈救場。核心邏輯只有一句話:原來那條路走不通了。此前的計劃,是直接從繞月飛行跳到載人登月,跳過大量關鍵的在軌驗證環節。用一句話形容,就是試圖把阿波羅8號和阿波羅11號的任務合并成一次完成。安全風險完全失控,不得不推倒重來。
新方案的邏輯,是回到阿波羅時代“分步驗證、一步一個腳印”的老路。
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新版阿爾忒彌斯計劃路線圖,3號任務改為近地軌道交會對接,登月改到4號任務以后 | NASA
阿爾忒彌斯2號維持不變,就是今天發射的這次繞月飛行。原定2027年執行首次載人登月的阿爾忒彌斯3號,被直接降級。登月目標徹底取消,改為在近地軌道完成飛船與登月艙的交會對接測試,以及新一代艙外航天服的驗證,把所有高風險的首次技術驗證全部留在近地軌道消化。首次載人登月的使命,順延給了最早2028年發射的阿爾忒彌斯4號。NASA甚至還提出,同年再發射阿爾忒彌斯5號,實現一年兩次登月。
至于這個目標有多大可能實現,我們后面再說。
任務架構之外,NASA還宣布了另一個決定,分量同樣不輕:徹底取消SLS火箭Block 1B及所有后續升級計劃,此前研發多年、經費嚴重超支的“探索上面級”與“先進助推器”全部砍掉——就是上一節提到的那個補救項目——轉而借用聯合發射聯盟“火神”火箭的半人馬Ⅴ上面級。這等于NASA親口承認:SLS火箭存在先天設計缺陷,升級改造已經沒有意義了。
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阿波羅時代土星五號火箭(左一)和阿爾忒彌斯時代SLS火箭的渲染對比圖。今天發射的Block 1構型的SLS火箭(左二),右邊更重型的SLS火箭已全部被砍 | alexconnorbrown@reddit
這次調整的本質,是NASA終于向工程規律低了頭。分步驗證的模式雖然拉長了時間線,卻能逐一排除風險,讓登月任務真正具備可行性。但代價也很清楚:月球還在那里,落月的時間表卻一推再推。而為什么會推到這一步,得從登月計劃的家底說起。
空間站被砍,星艦挑大梁,進度跟不上
說一千道一萬,阿爾忒彌斯計劃今天的局面,不是某一個零件壞了那么簡單。技術、管理、預算,三條線同時出了問題,積累多年,如今一起爆發。
先看技術。SLS和獵戶座的問題前面已經說過了,但那只是冰山一角。登月任務真正的核心裝備,登月艙和艙外航天服,其實根本還沒準備好。
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V3版的星艦連第一次試飛都還沒有進行 | SpaceX
SpaceX的星艦承擔著登月艙主力方案的角色,但截至今天,它仍未完成一次完全成功的入軌飛行。登月必需的大規模低溫推進劑在軌加注,更是一項前所未有的技術挑戰,試驗一再推遲,距離載人登月所需的成熟度相差甚遠。作為備份的藍色起源藍月亮登月艙,進度更慢,原型機至今未完成試飛。所謂“備份”,不過是一個尚未兌現的承諾。再加上計劃用于月面行走的新一代艙外航天服,最早也要到2027年,也就是原定的登月節點,才有可能交付。
換句話說,登月所需的核心裝備,一件都沒到位。
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Axiom的登月宇航服,可能要2027年才交付了 | Axiom
管理層面的問題,比技術更難解。阿爾忒彌斯計劃采用了“政府+商業”的混合架構:SLS由波音牽頭的傳統承包商負責,登月艙、航天服外包給SpaceX、藍色起源等商業公司,本意是兼顧穩定性與創新性,結果演變成兩頭失控。傳統承包商這邊,波音、洛馬等分包商權責交叉、協調成本極高,項目的存續更多服務于選區就業和利益分配,而非真正的深空探索需求,經費不斷膨脹,生產周期漫長,發射間隔太長甚至導致發射團隊技能生疏,流程反復出錯。商業公司那邊,進度樂觀估計、研發一再拖延,NASA喪失了對關鍵系統的主導權,從深空探索的領導者,變成了只能坐等商業公司交貨的甲方。“雙保險”的登月艙設計,最終變成了“雙拖累”。
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藍色起源的MK1藍月亮,預計今年嘗試登月,但它只能運貨。載人還得等MK2版,或者傳說中的MK1.5版 | 藍色起源
往更深處看,這場困局暴露的是美國航天工業的結構性退化。阿波羅時代,NASA掌握核心技術,舉國體制集中攻關,上世紀60年代美國能做到的事,今天反而做不到了。核心技術與產能分散在各大承包商手中,形成利益綁定、效率低下的僵化格局,波音、洛馬反復出現液氫泄漏、管路故障這類最基礎的工程問題,本身就是一個信號。
政治的手,始終伸在工程的頭上。登月節點跟著總統換屆走。特朗普第一任時期許諾2024年,拜登時期改口2027年,現在又變成“最早2028年”。每一次路線變動,都意味著前期投入的大量資源打了水漂,項目規劃始終無法穩定落地。不是工程跟不上政治,而是政治從來沒有認真對待過工程。
如期登月道阻且長
2028年能否實現載人登月?說實話,業內普遍不太樂觀。要在那一年落月,星艦登月艙必須在2027年底前走完入軌、在軌加注、月面著陸的全套驗證流程。其中大規模低溫推進劑在軌加注,是一項人類從未真正做到過的技術,研發難度遠超預期。多數業內人士認為,2028年是NASA給自己設的理想底線,2029到2030年才是更貼近現實的登月節點。
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半人馬Ⅴ上面級和獵戶座飛船組合體飛過月面的CG渲染圖,這樣的場面什么時候能夠成真,還說不好 | Mack Crawford
這已經是第三次推遲了。
但推遲本身不是最讓人擔憂的事。從阿波羅計劃的舉國攻堅、一氣呵成,到阿爾忒彌斯計劃的磕磕絆絆、反復推遲,真正值得追問的是:美國究竟失去了什么?答案藏在前面每一節的細節里:激進的政治目標、失控的管理體系、退化的工業基礎,即便有商業航天的技術創新加持,也無法填補這些深層的窟窿。
阿爾忒彌斯計劃的全面重組,是NASA向工程規律低頭,也是一次遲到的自我糾偏。今天發射升空的阿爾忒彌斯2號,將要驗證一件事:把人送到月球軌道再帶回來,美國還能做到。但從軌道到月面,還有一段很長的路,而這段路上堆著的問題,不是調整一次任務架構就能清完的。
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中國計劃在2030年前完成載人登月任務 | 中國載人航天工程辦公室
月球還在那里。什么時候能踩上去,由誰來踩上去,我們拭目以待。
作者:跆拳道大灰狼
編輯:Steed
一個AI
人類最擅長的,從來不是登月,而是把上世紀能做到的事,做得更貴。
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點個“小愛心”吧
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