美国2024年前载人重返月球情况分析

李意 何慧东（中国空间技术研究院 北京空间科技信息研究所）

2019年3月26日，美国在亚拉巴马州亨茨维尔的空间和火箭中心召开国家航天委员会（NSC）第五次会议，美国副总统迈克·彭斯在会上宣布了在未来5年内将美国航天员送上月球表面的计划，要求美国国家航空航天局（NASA）迅速响应特朗普总统的航天政策1号令（SPD－1），制定5年内（即2024年前）从美国本土、利用美国运载火箭、将美国航天员送上月球的详细计划。

本报告对此次会议要点、美国载人月球探测规划、各界反应等情况进行了梳理，最后研究得出几点分析。

1 美国国家航天委员会第五次会议要点

美国副总统彭斯的主旨发言

在国家航天委员会第五次会议上，美国副总统彭斯多次赞同特朗普总统大胆的空间探索愿景，并说，“现在我代表特朗普总统向大家宣布，美国将于未来5年内实现从美国本土、用美国运载火箭、将美国航天员送回月球表面。”彭斯还提出，登上月球的首位女航天员和下一位男航天员将是美国人，同时选定月球南极作为着陆区。

彭斯对目前美国载人月球探测进度表示不满，指出“在特朗普总统的航天政策1号令中，指示NASA制定一项月球探索计划。然而时至今日，15个月之后，我们仍然没有看到这份计划。但是大约5min前，NASA局长吉姆·布莱登斯汀对我说，现在我们已经有了一份重返月球的计划。”

彭斯在讲话中多次强调2024年重返月球的紧迫性，并以“阿波罗”（Apollo）计划为例阐述加速重返月球的可行性。他认为，要在如此短的时间内实现如此宏大的目标，需要付出巨大的努力，但该计划是可行的。从2017年签署航天政策1号令到此前计划的2028年前重返月球，一共11年时间；而在50年前，开创性的“阿波罗”计划从启动到成功实施只用了8年。因此，美国现在要重返月球，不需要11年那么长时间。

彭斯强调了来自俄罗斯和中国的竞争压力，援引了1957年苏联发射首颗人造地球卫星的案例，同时称，“中国已于2018年成功发射了嫦娥四号，并成功实现月球背面着陆，抢占了月球战略高地，成为世界上最卓越的航天国家之一”。“美国必须继续保持空间领域的领先地位，这不仅有利于促进经济发展、维护国家安全，最重要的是，与所有前沿领域一样，空间的规则和价值将由首先到达并驻留的人来制定。”

此外，彭斯还对研制商提出警示，“大家必须清楚的是，我们并不会对任何承包商许下承诺。如果目前的承包商无法满足目标，我们将寻找其他能够完成目标的承包商。如果美国工业界可以提供政府研发之外的商业服务，那么我们也可以购买这些服务。如果商业火箭是在未来5年内将美国航天员送上月球的唯一途径，那么我们就选择商业运载火箭。”

美国国家航天委员会组成及职责

此次会议上，彭斯演讲后，参会委员和用户咨询小组成员相继发言，整体上对2024年前实施载人登月表示认可，并就各自领域关切的问题提出注意事项。

美国总统特朗普上任后重建了国家航天委员会，新的国家航天委员会与此前的国家航天委员会结构相似，由副总统担任主席，成员包括国务卿、国防部长、商务部长、运输部长、国土安全部部长、国家情报局局长、白宫预算管理办公室主任、国家安全顾问、NASA局长、国土安全顾问、参谋长联席会议主席等。此外，副总统彭斯还任命了由资深航天员、工业界代表、研究机构代表、军方代表等人员组成的国家航天委员会用户咨询小组，共同参与研讨。

美国国家航天委员会具体职能包括审议国家航天政策，制定国家航天活动战略规划，就航天政策和相关问题向总统提出建议，监督总统对国家航天政策战略的执行，促进美国军、民、商航天部门的合作及技术和信息的交流等。

会后关于载人探索的建议

此次会议后，美国国家航天委员会通过了提交给特朗普总统的关于载人探索的几点建议，具体如下：

1）依据总统航天政策1号令的总体目标，美国将在2024年之前实现将美国航天员送上月球南极表面，2028年之前在月球表面实现可持续的有人驻留，并为未来载人探索绘制路线图。NASA的月球探索活动将聚焦于科学探测、资源利用和降低未来火星任务的风险。

2）NASA将持续改进组织结构和管理体制，在成本、进度等方面进行改善。为执行航天政策1号令，在需要的时候寻求法律上的授权。NASA将新成立“月球到火星任务部”（Moon-to-Mars Mission Directorate），尽全力于2020年前实施探索任务－1（EM－1），2022年之前实施EM－21美国载人月球和火星探测任务已命名为“阿尔忒弥斯”（Artemis）计划，相应的EM-1和EM-2任务现称为Artemis-1和Artemis-2任务。。

3）NASA将释放美国工业界的活力，利用公私合作关系以及其他机制，创新性地开展从低地球轨道(LEO)到月球表面及以远的各项活动。

4）美国将与国际合作伙伴一起，实施可持续的月球探索和开发活动。

5）NASA局长将提供总统航天政策1号令的最新实施进展情况，并在下次国家航天委员会会议上将具体细节提交给委员会主席。

2 美国载人月球探测规划

重启重返月球计划

2017年12月11日，特朗普签署了其上任后的首项航天政策令，正式宣布美国将重返月球，从国家航天政策层面调整了美国深空探索的方向，指示NASA广泛联合商业和国际力量,实施载人登月、载人火星及以远的深空探索活动。

特朗普表示，此项政策令“将把航天计划的重点重新放到载人探索和发现上去”，“新登月任务的目标将包括对月面开展长期探索和利用”，“这是自1972年以来美国航天员首次登陆月球的重要一步”。白宫发表的一项声明表示，“美国将同其他国家和私营企业合作，使航天员重返月球，发展载人探测火星和太阳系其他目的地所需的技术和手段。”

预算情况

为响应特朗普重返月球计划的号召，NASA继续为载人深空探索活动提供预算支持。2019年3月11日，特朗普政府提交名为《更好的美国——履行承诺、纳税人第一》的2020财年（2019年10月1日－2020年9月30日）预算申请，其中为NASA分配约210亿美元预算2此预算根据NASA此前实施路线制定的，计划的时间点为2028年实现载人登月，后续预算需要较大调整才有可能实现彭斯提出的2024年载人登月。，与2019财年申请的预算199亿美元相比，增加了约5.5%；但与2019年财年批准预算215亿美元相比，降低了约2.3%。NASA预算具体包括：深空探索系统，探索技术，LEO轨道与空间飞行运行，科学，航空学，教育，安保、安全与任务服务，建设、环境合规与恢复，监察等九大领域。

深空探索系统领域2020财年申请预算达50.2亿美元，主要用于载人探索系统的研发，具体包括探索系统开发（ESD）和探索研究与开发（ERD）两大领域。其中，探索系统开发领域申请预算34.4亿美元，主要支持“猎户座”（Orion）飞船、“航天发射系统”（SLS）、“探索地面系统”（EGS）等三大系统的研发；探索研究与开发领域申请预算15.8亿美元，主要用于开展关键技术和能力的研究，实现人类重返和长期定居月球，具体包括“先进探索系统”（AES）、“先进地月空间和月表能力”（ACSC）、“门户”（Gateway）、“载人研究计划”（HRP）等4个领域。

在探索系统开发方面，截至2018财年，NASA分别为“猎户座”载人飞船、SLS运载火箭、“探索地面系统”投入了88.7亿美元、121.2亿美元和30.1亿美元；且根据计划，截至2024财年，分别累计为这三大系统投入159.3亿美元、239.3亿美元和55.8亿美元。

NASA 2020财年预算申请 亿美元

探索系统研发预算亿美元

探索研究与开发方面，“先进探索系统”主要用于开展月球长期居住能力的研究，2018－2024财年内预计总预算为14.4亿美元；“先进地月空间和月表能力”主要用于载人月球着陆系统研发，2018－2024财年内预计总预算为62.1亿美元；“门户”是小型的绕月站，2018－2024财年内预计总预算为44.1亿美元；“载人研究计划”主要开展人在月球长期生存能力研究，2018－2024财年内预计总预算为9.8亿美元。

实施路线

依照副总统彭斯提出2024年载人重返月球的要求，NASA提出了激励年轻一代科学发现、探索未知、发展太空经济的目标，并公布了最新的重返月球进度。

2019年，在“商业月球有效载荷服务”（CLPS）计划下，由商业公司向月球表面运送科学仪器等，为载人登月准备物资。

2020年，使用SLS和“猎户座”飞船执行无人飞行试验——阿尔忒弥斯－1（Artemis－1），进行载人技术演示验证，此外，部署立方体卫星进行实验和其他技术演示验证。

2022年，执行Artemis－2任务，首次载人绕月飞行；以及利用商业公司火箭发射“门户”的电源和推进模块。

2023年，与商业公司合作，发射包括月球车在内的移动平台，探寻月球表面的水冰，进行月球表面水资源的开发和利用。

2024年，载人登月。

21世纪30年代，载人登陆火星。

关键系统

（1）“门户”

“门户”项目源于NASA在2017年提出的“深空之门”（DSG）和“深空运输站”（DST）计划，是有人照料的地月空间站。项目由美国主导，采用商业合作、国际合作的模式建设和运行。“门户”通过在地月空间活动，获得相关知识和经验，为月球以远范围的活动奠定基础，同时还将开展行星科学、天体物理学、太阳物理学、对地观测、基础航天生物学、人体健康与行为等研究。

“门户”地月空间站集太阳能发电站、通信枢纽、科学实验室、短期居住舱、巡视器和机器人基地等多功能于一体，可承载4名航天员，设计寿命15年。“门户”运行在月球附近的近直线晕轨道（NRHO）上，距月面最近距离1500km，最远距离70000km，轨道周期6天。轨道维持所需的速度增量每年小于10m/s；从该轨道转移至较低高度的月球极轨道所需的速度增量仅为730m/s。

目前，“门户”设计方案仍在迭代修改，尚未最终确定 。

（2）“猎户座”飞船

“猎户座”飞船原是NASA“星座”（Constellation）计划中的关键组成部分，最初计划2015年首飞。2010年初，项目随“星座”计划中止而重新调整。目前，“猎户座”已成为助力NASA实现深空载人探索目标的重要组成部分。

“猎户座”飞船由乘员舱、服务舱和发射紧急中止系统构成。飞船可搭载4名航天员，起飞总质量35.4t，入轨质量26.5t，总加压容积19.56m3，可居住容积8.95m3。飞船具有独特的生命保障、推进、热防护和电子系统，与系统其他组成部分组合后，能够实施更长时间的深空探索任务。

“门户”系统组成

“门户”结构示意图

“门户”地月空间站主要组成部分

现阶段，“猎户座”飞船的关键技术测试稳步推进，目前执行Artemis－1任务的“猎户座”飞船已经完成装配，执行Artemis－2任务的“猎户座”飞船也进入焊接阶段。研制商洛马公司（LM）正在研究降低后续“猎户座”飞船的研制生产成本的方法，重复使用技术也是其重要的研究方向。

（3）SLS

SLS是用于执行美国载人深空探索任务的新一代重型运载火箭，在重返月球计划中发挥重要的运输作用。N A S A 自2011年公布火箭方案以来，先后完成了项目的系统需求评审、系统定义评审、初步设计评审和关键设计评审，当前正在开展主要结构部件和发动机的验证试验，以及首飞火箭的制造和装配活动，计划2020年进行首飞。

SLS项目要求实现高安全性、经济可承受性和可持续性三大目标，最大限度地使用通用组件和现有资产、设施及人力资源进行灵活的模块化设计。

SLS有多种衍生型号。SLS－1型采用五段式固体助推器、通用芯级和过渡型低温上面级（ICPS），全长98.2m，起飞质量2500t，起飞推力约39000kN，可实现70t LEO轨道运载能力。系统通过月球任务演示验证后，将采用“探索上面级”（EUS）替换过渡型低温上面级组成SLS－1B，LEO运载能力提升至105t。SLS－2型在SLS－1B的基础上使用先进助推器替代五段式固体助推器，实现130t LEO运载能力。

3 各界反应

美国副总统彭斯指示2024年前实现载人重返月球后，各界反应不一，包括NASA、各主要承包商在内的机构和企业，整体上对加快载人月球探测进度表示支持，同时对进度的可实现性表示担忧，并就具体问题展开讨论。

NASA：支持2024载人登月，寻求方法加速推进系统研制

NASA局长布莱登斯汀在国家航天委员会第五次会议后发表的声明中称，NASA正在探讨具有创造性的办法，以推进SLS制造和测试工作，从而让首飞仍能在2020年进行。声明中未详述具体的方法，根据此前分析，一个选项是跳过SLS芯级的初试（芯级首次试车需要将SLS芯级发动机运到密西西比州的斯坦尼斯航天中心，让芯级的4台RS－25发动机全时工作），跳过这一环节可以加快几个月的进度。

波音公司：改进技术，加速生产

波音公司发言人德雷灵在会后的一份声明中称，波音公司和NASA已对工艺和技术实施了调整，旨在不牺牲安全性和质量的前提下加快生产进度，仍可在2019年底之前把首枚SLS芯级火箭交付给NASA。波音公司将做“绝对必要的工作”，使SLS首次发射如期在2020年进行。通过重新明确“探索上面级”对Artemis－3任务的重要性，NASA已确认SLS仍是实现月球探测的最佳途径。为保持在载人空间探测领域的领先地位，美国需要SLS的深空能力。

洛马公司：全力支持，加速推进

洛马公司对彭斯宣布的新目标表示拥护，认为这是“大胆而又可以实现”的，成为加速开创月球、火星及以远载人探测新时代的催化剂。该公司是“猎户座”飞船的主承包商，在国家航天委员会会议结束后发表声明说，洛马公司全力支持加速实现NASA载人登月的目标；通过恰当的承诺、紧迫感和资源，人类能够赶在2024年前在月面上漫步。洛马公司披露，该公司一直在开展相关研究，计划利用“猎户座”飞船以及拟议中的月球“门户”设施的一个简化型（该型号只设1个电力与推进模块和1个对接节点），加快登月进度。此外，洛马公司还计划利用为“猎户座”研制的航电、结构和推进系统打造一个载人着陆器。

太空探索技术公司：对2024年载人登月表示乐观

太空探索技术公司（SpaceX）是美国政府采用商业能力的潜在受益者。公司首席执行官马斯克称，“见证人类重返月球太令人类鼓舞了。”在随后被问到该公司包括能登陆月球的“星船”上面级在内的下一代运载系统能否在2024年到位时，马斯克表示乐观，并称“我觉得能。这确实值得我们倾尽全力！”他说：“通过一项竞争性的、成果导向（而非成本加成）的商业计划来建设一座月球基地非常好，这样你就只能在安全地运送了货物后才能拿到付款。”

深空探测联合会：谨慎应对

深空探测联合会则提醒对于加快进度需要谨慎。有多家参与NASA现有探测计划的公司是该机构会员。该机构在一份声明中说，它支持加快送人返月的总体目标，也支持采取任何必要手段。另一方面，该机构认为，“尽管我们支持本届政府重视深空探测以及因大胆的时间表和目标而带来的紧迫感，但我们还意识到实现这些目标所需的资源问题”；“大胆的规划必须伴以能以始终如一的方式开展的大胆资源投入，才能确保成功实施”。

4 几点分析

针对美国2024年前载人重返月球计划，从方案决策、预算、技术等角度看，NASA在2024年前重返月球的具体实施情况尚待观察。

2024年重返月球是出于政治考量的大胆决策

此次美国国家航天委员会会议后，应副总统彭斯的要求，NASA将会于近期内制定出重返月球的具体规划，瞄准2024年载人登月。NASA局长也多次表示，将积极响应特朗普总统航天政策1号令的号召，落实重返月球计划。然而，在2019年3月11日的NASA 2020财年预算申请报告中，提出NASA将于2024年和2026年执行无人月球探测演示验证任务，2028年执行载人月球登陆任务，然后将航天员安全送回“门户”。因此可以说，2024年载人重返月球是来自美国总统特朗普的一项大胆决策，将极大地加速美国载人月球活动的步伐。

美国太空探索的中长期目标选择上，多次受到政治因素影响，新总统上任后，太空探索目标多次发生变化。小布什执政期间提出“太空探索新构想”，制定“星座”计划载人重返月球，投入大量经费开展新载人登月工程；奥巴马执政后，几乎全盘推翻重返月球计划，提出“小行星重定向任务”（ARM）计划，许多已投资研制的项目搁置；特朗普执政后，提出“使美国再次伟大”的口号，并重新启用当年制定重返月球计划的人员，确定载人月球探测的目标。总统及规划制定人员的更迭导致太空探索活动反复和资源的浪费，此次特朗普政府提出的2024年时间点恰与其可能的第二任期最后一年相吻合，提前实现载人重返月球、在新一轮载人月球探索活动中领先俄罗斯和中国、实现首位女航天员登月等成绩，也可成为特朗普政绩“镀金”的重要途径。

5 年内重返月球需要大量资金，预算尚未获得国会支持

载人月球探测需要大量资金，在NASA 2020财年预算申请中，载人月球探测相关的“深空探索系统”领域预算为50.2亿美元，占申请预算总额的23.9%，若需在5年内载人登月，预算占比需要大幅提高。

从预算总额看，“猎户座”载人飞船、SLS运载火箭、系统集成和发射设施是NASA目前发展的重点。截至2018财年，这三大系统累计投入240亿美元。根据计划，截至2024年，累计投入达454.4亿美元。但是，在“门户”绕月站、载人月球着陆系统、月面长期基地等方面，仍处于能力发展阶段，2018－2024财年，相关系统总预算为130.4亿美元。此前提出的“星座”计划预计耗资达1000亿美元。以此为参考，NASA重启重返月球计划后，按照目前预算，载人登月系统建设资金仍存在较大缺口。目前，美国国会尚未就批准2024年前重返月球表态所需全部资金，是否批准特朗普政府加快载人登月进度所需的预算尚存疑问，特朗普政府为加速载人登月的资金渠道尚未落实。

加快进度技术风险较大，仍有诸多技术问题有待确定

为确保重返月球任务的顺利实施，NASA将采取多种措施和途径，包括跳过SLS运载火箭4台芯级发动机联合点火测试，加速SLS研发，考虑使用商业火箭发射等；但另一方面，提前4年实现重返月球的方案也带来了诸多风险。

在运载火箭方面。使用商业火箭方案尚未经过论证，重型运载火箭研制商亦未就2020年开展Artemis－1发射任务做好准备，此方案获得国会批准周期同样较长。

在着陆区探测方面。进度压缩也使得无人探测任务节点大大提前，对NASA月球探测任务安全性带来了影响。目前，美国并未对选定的南极着陆区开展详细的探测任务，对于该地区水冰形态、含量等问题知之甚少。美国需要在2年内开展无人水冰勘探任务才可保障2024年载人登月，但科学界对能否在短时间内进行这项复杂的任务存在质疑。NASA在2018年取消了“资源勘探者”（Resource Prospector）任务，转而通过“商业月球有效载荷服务”计划提供支持，但商业探测器在进度和载荷能力方面均难以满足任务要求。

在月球着陆器方面。目前，NASA正在支持11家公司开展月球着陆器的方案设计和研制工作，但尚未确定着陆器的方案和状态，最终完成系统研制和部署时间还无法确定。