月球轨道平台“门户”发展情况分析

王霄（北京空间科技信息研究所）

2017年3月，美国国家航空航天局（NASA）提出了“深空之门”（DSG）和“深空运输站”（DST）计划。“深空之门”规划在21世纪20年代建成有人照料的地月空间站，将用作拟建“深空运输站”的中转补给站。2017年9月27日，美俄两国正式就共建“深空之门”达成合作协议。2018年5月，NASA发布了《月球轨道平台“门户”合作与发展备忘录》的声明，将“深空之门”更名为月球轨道平台“门户”（LOP-G），并简要介绍了“门户”的建造计划。“门户”概念一经推出，便受到各国高度关注，未来将作为国际合作项目展开建造。

1 “门户”计划提出背景

美国政府重新聚焦深空探索，将作为探火的“跳板”

特朗普政府将更多的目光聚焦到深空探测、载人航天、技术发展、商业航天的发展，提出建造月球轨道平台，并以火星为长远目标，持续推动能力建设，保证其核心能力发展。此外，取消“小行星重定向”（ARM）任务，将人力、物力和财力更多地分配给深空探测和科学任务。总之，特朗普政府的上台，对美国现有的航天政策进行了重大调整，将产生深远影响。

2017年10月5日，在重组后的国家航天委员会召开的首次会议上，美国副总统麦克·彭斯发表演讲，宣布美国将重启登月计划并建立永久性月球基地。彭斯表示，美国未来将通过国家航天委员会制定的政策巩固美国航天领域的领导地位，并重新执行载人登月计划，为今后的载人登陆火星和其他目标奠定基础，并将月球作为一个跳板，加强美国在载人航天领域的商业化和国际化合作。2017年12月11日，总统特朗普签署“一号航天政策指令”，正式重启重返月球计划。

特朗普政府一直致力于将美国的航天计划方向调整到载人空间探索。在2018年4月举行的第34届航天大会上，副总统彭斯表示，在总统的领导下，NASA将带领美国重返月球。重返月球将从建造月球轨道平台开始，这是进入深空的“门户”，用作科学前哨站、补给中心，最终还要构建燃料库，作为美国在月球区域的战略存在。

最新出台的《全球探索路线图》将地月空间定义为推进和持续实现人类空间探索目标的下一个步骤。路线图强调，月球轨道和月球表面在可持续的人类空间探索活动中扮演重要角色，月球轨道平台也将为未来人类登陆火星做准备。

重组国家航天委员会，欲确保航天领先地位

2017年6月30日，特朗普签署了行政命令，决定重新建立国家航天委员会，直接隶属于总统行政办公室，并任命副总统彭斯为委员会主席。美国国家航天委员会旨在帮助制定美国的空间政策，重新启用国家航天委员会是为了更好地保持美国太空事业在国家安全、商业、国际关系和科研等方面的协调一致和持续发展。根据了解，新的国家航天委员会的职能是为总统提供有关国家航天政策和战略方面的咨询建议和辅助工作，并根据总统的要求完成其他工作。其具体职能主要包括6个方面：①审议美国政府的国家航天政策（包括长期目标），制定国家航天活动战略。②就航天政策和航天相关问题向总统提供建议。③对国家航天政策和战略目标的实施情况进行监督和协调。④促进美国军、民、商航天部门之间的密切协调、合作以及技术和信息交流。⑤就美国参与国际航天合作提供建议。⑥协调解决重大的航天及航天相关政策分歧。国家航天委员会的重启和运行不妨碍任何机构的现有职权范围或职责。

美国需要一套连贯一致的决策机制，而国家航天委员会将确保美国保持在空间探索和技术创新中的领先地位。NASA前代理局长罗伯特·莱特福德认为，重组国家航天委员会将有助于确保国家空间力量的各个方面——国家安全、商业、国际合作、探索和科学等，是确保美国航天领先地位的一个举措。

美国政府欲借深空探索之力，助推社会经济发展

彭斯在第34届航天大会上提到，特朗普总统自上任第一天起就一直致力于履行他的竞选承诺——恢复美国在太空中的领导地位。因为总统认识到空间探索对国家安全和经济繁荣发挥至关重要的作用。彭斯表示，他和总统还认识到，航天对塑造美国的性格也极其重要。

2018年5月3日，NASA发表了《月球轨道平台“门户”合作与发展备忘录》，希望通过加强目前人类的航天活动，确保美国在航天领域的持续领先地位，并在未来几十年里，培育基于近地轨道的强大的太空经济，将美国的能力进一步扩展到太阳系。备忘录还强调，“门户”能够推动美国的产业发展，确保美国在新兴的关键领域保持全球领先地位。

近地轨道商业航天发展成熟，催生商业月球载荷服务计划

特朗普上台后多次强调要大力发展公私合作关系，并提到将把公私合作关系作为今后美国民用航天活动的基础，尤其是深空居住和探索系统以及新技术研发等方面。未来美国将大力发展以太空探索技术公司（SpaceX）、蓝色起源公司（Blue Origin）等为代表的商业航天企业，寻求与私营公司进行商业航天合作的可能性。未来可能将近地轨道进入和近地轨道操作任务都移交给商业部门，此外在“国际空间站”（ISS）运行和资助方面纳入更多“私人和公共合作伙伴”，美国政府欲逐步退出近地轨道的航天器的运作，一是为了将更多的国家层面的资源与精力，用于探索和利用更远的外层空间，二是为了充分引入新型商业公司的先进技术以及灵活的运营模式，实现航天科技创新，实现科技带动经济效益与社会效益。

美国在近地轨道商业航天领域取得的成功，可以扩展到更远的深空，NASA目前希望通过在月球项目上“复制”这一模式，将商业航天发展推得更远。近日，NASA公布了商业月球载荷服务（CLPS），该计划可视作商业轨道运输服务（COTS）的月球版本。根据NASA文件的要求，CLPS计划分三阶段进行：第一阶段下投票的商业机构需要发展可将指定载荷运送至月面/月轨道的着陆器，载荷包括通讯站、发电厂及各类科研卫星/月球车等；第二阶段瞄准月面工业化，包括原位资源利用等；第三阶段则是研究长期月面基地的可能性，包括大规模地月间资源运送，以及月面建立有人基地的研究。NASA希望通过引入商业伙伴，大幅度降低地月间的运输成本，使将来的月球任务更具可行性。

随着载人探索进入深空，美国将从历史上最大的轨道实验室——“国际空间站”开始，释放近地轨道开拓性商业太空企业的无限潜能。随着低成本进入太空需求的飙升，近地轨道的前景已经远远超出了最初的预期。美国政府意识到“国际空间站”以前的运营模式注定不会长久，而且也无需长久。正因如此，美国政府对“国际空间站”的直接资助仅以7年为限。目前，政府正在投资开发新的科技能力，供商业航天企业建造未来轨道平台之用。

2 “门户”发展情况

基本情况

“门户”是一个将建在月球附近轨道上的空间站，包括4个大的舱段和其他部件，作为战略平台而建立，将用作月球表面及至更远深空目的地（包括火星）探索任务的中转站，也是深空长时间载人任务中人体和技术挑战的调研和解决平台。“门户”最初将被放置在月球附近的“近直线晕轨道”（NRHO）上，其各个部件将在探索任务（EM）—2～8任务中作为与“猎户座”飞船（Orion）共同装载的有效载荷，由“空间发射系统”（SLS）发射。“门户”预计在2023年开始部署首个舱段，设计寿命为15年。按计划，美国负责研制电源和推进舱（包含部分欧供设备）；欧洲和日本负责居住舱的研制；俄罗斯负责气闸舱的研制；加拿大负责机械臂的研制，补给舱由于有多种过渡方案，目前方案尚未确定。

“门户”标称轨道参数

建造计划

“门户”的建造计划包括三个阶段：

第一阶段（2018－2026年）月球前哨站阶段。在月球近直线轨道上建造核心组成部分，根据2017年3月NASA顾问委员会会议上公开的资料显示，组装“门户”原定需要“空间发射系统”发射4次，预计耗时3～5年时间。“门户”组建目前定于2023年正式开始，此前，“空间发射系统”将执行首飞验证，探索任务－1的首飞任务原定是2018年发射，现已经推迟到2020年中期，而且还可能继续延迟，该次任务中，“空间发射系统”将搭载“猎户座”飞船进入绕月飞行的大幅值逆行轨道，并于26～40天返回地球，以测试可靠性，在2023年的EM－2任务中，将发射首个舱段电源推进舱，在接下来的EM－3和EM－4任务中发射的“猎户座”也将与“门户”对接，参与空间站建造。从2026年开始，“空间发射系统”将执行EM－5发射任务，将俄罗斯的气闸舱发射入轨，至此，第一阶段建造完成，在不包含“猎户座”的条件下质量为40t，至此深空之门基本具备了载人登月中转能力，参与成员国仅需要单独研发登月舱，发射到NRO轨道，即可完成载人登月的所有准备工作。

第二阶段（2027－2029年）地月转运阶段。如果计划顺利实施，NASA将继续执行EM－6～9任务，EM－6将深空运输站发射进入地月转移轨道，然后深空运输站利用自身电推进系统，耗时191～122天变轨进入NRO轨道，与“门户”对接。EM－7任务将继续发射补给舱和载人飞船。EM－8就是货船对深空运输站进行在轨加注。EM－9任务中，深空运输站脱离“门户”，单独在地月空间进行为期300～400天的试航，验证深空运输站长时间深空独立飞行能力，为飞向火星的长期载人飞行做准备。

第三阶段（2030年以后）载人登火阶段。EM—10任务中，“空间发射系统”和Block2发射货运飞船，在EM—11任务中，发射猎户座和补给舱前往“门户”，如果一切顺利，深空运输站在在轨补给后独立进入地火转移轨道，重新与“门户”对接，但本阶段规划目前还不详细，但可以肯定的是，“门户”将发挥重大作用。

“门户”部件及组装过程时间轴

根据目前计划，NASA、日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）、欧洲航天局（ESA）、加拿大航天局（CSA）以及俄罗斯联邦航天局（Roscosmos）都可利用“门户”来支持可重复使用载人登月器以及探月机器人任务。“门户”及站上工作人员将为未来火星运输系统提供服务和支持。2017年9月，美国和俄罗斯达成共建月球轨道平台合作意向并签署合作意向说明。两国约定，允许金砖国家加盟。未来，“门户”项目以国际合作的形式开展。

经费支持

2018年4月中旬，美国众议院科学、航天与技术委员会通过了《2018年NASA授权法案》（H.R.5503）。主要内容包括：授权NASA 2018财年207.4亿美元预算，授权NASA 2019财年212.1亿美元预算；支持特朗普提出的通过投资“空间发射系统”和“猎户座”飞船来维持美国航天领导地位的愿景；支持NASA利用美国私营公司创新想法和投资来满足探索外层空间可能的经济需求。

2018年2月12日，特朗普政府提交名为《有效、高效、负责的美国预算》的2019财年预算申请，其中为NASA分配约199亿美元预算，与2018财年的预算申请金额191亿美元相比，增加约8亿美元。

为响应特朗普2017年12月提出的“重返月球”计划的号召，NASA在新的财年预算中深空探索系统领域增加了“先进探索系统”分领域，为其分配了8.89亿美元的预算。该分领域主要包括月球轨道平台“门户”、“先进地月表面能力”、“探索先进系统”3项计划。其中，月球轨道平台“门户”将在2020年代建立一个培养中短期深空探索能力的平台。将在绕月轨道上组装月球轨道平台“门户”，将其作为探索月球表面和更远深空的、具有灵活的载人探索架构的中转站。月球轨道平台“门户”可根据不同的任务需求（探索、科学、商业和国际合作）进行演化，形成不同的方案。

3 几点分析

空间探索为美国未来发展重点，将带动全产业迅速发展

美国民用航天发展重点将集中于深空探索，特朗普及其团队一直强调，要使“美国再度伟大”，“美国政府应鼓励航天探索领域的创新，鼓励对学术界的研究和发展投资”，“即使需要削减联邦预算，也必须承诺要保证对科学、工程、医疗保健和其他使美国人生活得更好、更安全、更繁荣的领域的投资”。特朗普政府重组国家航天委员会，签署首个航天领域的总统令，增加深空探索领域的专项经费等举动，都是在印证其“回归深空探索”的诺言。不难预测，未来在相当长的一段时间内，美国都将以深空探索为重点发展目标，以月球为下一步牵引，着力推动新技术、新系统的研发。

美国政府不遗余力地推动深空领域的发展，还有一个意图，就是希望通过促进深空探索，来带动航天全产业的发展和提升就业，同时在太空中再次创造一个以美国为首的太空经济圈。NASA计划在2022年推出“门户”最重要的一个组成要素：电推进元件，其利用美国商业卫星的专业支持，将为推动美国公司通信系统航天器技术发展带来机会。这不仅有利于NASA，还有利于美国保持商业卫星产业的全球优势，最终带动全产业的发展。

实施可行性高，能够作为探火的“起跳板”

地月空间能够快速往返地球，具有更接近深空的环境，易于利用月球和近地小天体的资源，是试验深空探索能力的绝佳场所。作为近地空间站向载人深空探索的连接桥梁，月球轨道平台在技术和经济上都能起到缓冲作用。月球轨道平台方案是基于当前近地空间站的能力提出的，因此具有较好的技术基础。此外，地月空间距离地球较近，其补给及往返较为简单。制约该平台发展的最大问题是如何将大型的设备发射至地月空间，除了发展重型运载火箭，随着原位资源利用方法的进步，可以通过利用空间、月球资源减缓这一问题。

地月空间是对月球、地球和太阳系进行科学观测的有利位置，利用安装在“深空之门”外部的装置可以开展观测活动。月球轨道平台可用于从月球表面以及其他太阳系目的地获取具有科学价值的样本。该平台还可以为小卫星、立方体卫星和月球表面设备提供通信中继。在平台上能够实现在深空环境中进行人体生理学实验。月球表面可以使用远程机器人远程探索，包括部署复杂的表面科学仪器。建立月球轨道平台能够有机衔接近地载人活动与载人深空探索，为载人火星探测等载人深空探测活动验证相关技术，积累相关操作经验。

商业航天发展势在必行，美国将采取新模式发展深空探索

NASA目前急于摆脱航天飞机退役后对俄罗斯的依赖，因此将大力发展以SpaceX、波音（Boeing）、轨道-ATK（Orbital ATK）等为代表的商业航天企业，不断寻求与私营公司进行商业航天合作的可能性。美国白宫和国会都希望“国际空间站”能够从现在严重依赖NASA的投资的情况，转变为把NASA作为近地轨道商业航天领域的众多用户之一。2018年4月，NASA向国会提交了“国际空间站”过渡报告，阐述了未来NASA在近地轨道上将进行的运行、研究和开发活动，以持续美国在近地轨道上的驻留、维持美国全球航天领导力、持续发展商业航天、扩展商业航天市场、持续研发深空探索能力、持续返回可以造福人类的研究成果。该报告还讨论了2024年及以后“国际空间站”的运行问题，还有例如“国际空间站”结束寿命后向其他平台的过渡、近地轨道商业市场发展、“国际空间站”在深空载人探索中的作用等。今后NASA将逐步转变为近地轨道载人航天私营企业的用户，并将近地轨道进入和近地轨道操作任务都移交给商业部门。

2019财年，美国将继续进行货物和乘员运输系统的商业化开发，商业公司将在2019年具备支持载人往返“国际空间站”的能力。NASA也继续将“国际空间站”作为进行载人任务健康与表现的风险评估的平台，并大力推进近地轨道的商业化活动。美国下一步主要目标是促进近地轨道商业航天的发展，以在美国政府2025年停止对“国际空间站”的直接投资后，逐步将近地轨道载人航天飞行业务转交给私营公司，确保NASA能够依靠其商业力量开展近地轨道研究和技术演示验证。目前，在深空探索关键技术相关的若干领域中，商业应用得到很好的发展。促进政府和商业组织之间的伙伴关系将推动关键技术的发展，并加速技术验证，验证飞行环境中的性能，并确定近地轨道以远的特定未知问题。公私合作还能丰富经验和缩小知识缺口，特别是在制定标准和通用界面方面。

国际合作是未来各国发展载人航天的重要途径

当今世界，各主要航天国家均对航天国际合作普遍给予高度重视，将其视为实现国家战略的有效手段和调节国际政治关系的有力杠杆，合作模式、途径及领域不断丰富，取得显著成果。

随着载人航天活动向更深、更远处推进，任务将更加艰巨，资金、技术等方面面临的挑战更大，仅凭一国之力越来越难以承受。同时，开展国际合作也是大国利用主导权巩固领导地位、扩大影响力的重要手段，具有更加迫切的现实需求。进行国际合作可降低成本、分散风险、实现优势互补和成果共享，积极推进基于双边和多边的国际合作，走国际合作途径是未来载人空间探索的必然发展趋势。