美国NASA 阿尔忒弥斯载人探月任务规划与进展

■张绿云 杨开（北京航天长征科技信息研究所）

2022 年10 月31 日，美国国家航空航天中心（NASA）咨询委员会（NAC）召开会议，发布了“阿尔忒弥斯（Artemis）1-4 任务规划与进展”报告，明确了2031 年前的阿尔忒弥斯载人重返月球任务规划，并介绍了该计划下前4 次载人发射任务的方案与进展情况。11 月8 日，NASA 官网发布了相关的报告和详细信息。

1 阿尔忒弥斯载人探月任务规划

美国的阿尔忒弥斯载人探月框架主要由太空发射系统（SLS）重型运载火箭、猎户座载人飞船、探索地面系统（EGS）、深空中转站以及月球着陆器组成，未来分别由SLS 火箭和商业火箭将猎户座载人飞船以及月球着陆器送入深空中转站，部分航天员可在中转站上继续开展科学研究，另一部分航天员搭乘着陆器进入月球表面，在完成月面任务后航天员由着陆器返回深空中转站，之后搭乘猎户座飞船返回地球。

在“阿尔忒弥斯（Artemis）1-4 任务规划与进展”报告中，NASA 明确了2031 年之前的阿尔忒弥斯探月任务规划。在载人能力方面，NASA 计划在2022 年、2024 年和2027 年相继完成SLS1/猎户座无人飞船系统、SLS1/ 猎户座载人飞船系统以及SLS1B/ 猎户座载人飞船系统飞行试验，验证SLS1 和SLS1B 火箭以及猎户座载人飞船的性能。在载人登月能力方面，NASA 计划在2024 年末完成首个星舰着陆器的无人验证，并在2025 年完成阿尔忒弥斯3 首次载人登月任务。在深空中转能力方面，NASA 计划在2024 年依靠美国太空探索技术公司（SpaceX）的“猎鹰重型”火箭完成月球门户（Gateway）的电力与推进舱段（PPE）和居住与后勤前哨站（HALO）的发射，建成简版深空中转站，从2027 年开始依靠SLS1B 火箭陆续完成其他主要舱段的发射，在2030 年建成完整的深空中转站，为可持续月球探索活动以及载人火星探索任务奠定基础。另外，NASA 还推进商业月球有效载荷服务项目（CLPS），依靠商业火箭开展月球原位资源利用、核热推进技术等方面的研究。

阿尔忒弥斯探月任务规划

2 阿尔忒弥斯1-4 任务方案与进展

阿尔忒弥斯1 任务

阿尔忒弥斯1 是SLS1 重型火箭和猎户座载人飞船（搭载两名女性航天员模型）的首次无人绕月飞行试验，11 月16 日从肯尼迪航天中心发射。经地月转移飞行和轨道修正后，猎户座飞船到达远距逆行轨道（DRO），之后变轨进入地球轨道，返回地球后在太平洋溅落。本次任务中，还搭载了10 颗立方星，在猎户座飞船分离后由过渡型低温上面级（ICPS）完成部署。

阿尔忒弥斯1 无人绕月飞行试验

本次任务原计划在2022 年8 月29 日执行，但因SLS 火箭芯级一台发动机传感器故障无法实现发动机预冷而终止，之后在9 月3 日又因芯级液氢加注与泄出管路泄漏率超限而再次终止。在发射工位完成芯级液氢加注与泄出管路以及排放管路密封件更换，更改加注流程，并完成低温试验后，该首飞系统因为台风被迫推回垂直总装大楼。11 月4 日，该系统再次被推至39B 发射工位，因飓风推迟发射。

11 月16 日，SLS1 重型火箭从39B 发射工位点火发射，飞行8min 后，过渡型低温上面级开始工作，携带猎户座飞船飞行44min 后完成近地点轨道抬升，随后继续飞行37min 后开始地月转移轨道射入点火，持续18min。进入地月转移轨道后，猎户座飞船与上面级共同飞行约10min，之后分离，前往月球。12 月11 日，在完成近26 天的飞行后，猎户座飞船返回地球，在太平洋成功溅落！在飞船分离后，过渡型低温上面级与飞船适配器的组合体继续飞行，在8h 内将10 颗立方星部署至日心轨道、地月拉格朗日L2 点、环月轨道、环绕月球南极高椭圆地近月点轨道以及远地点飞越月球附近的大椭圆轨道。

阿尔忒弥斯2 任务

阿尔忒弥斯2 为SLS1 火箭和猎户座载人飞船的首次载人绕月飞行试验，计划搭载4 名航天员，最长任务周期为21 天。本次任务中，在过渡型低温上面级/猎户座飞船到达地球高轨道后，除了进行航天器检查外，还将利用过渡型低温上面级完成猎户座飞船的空间交会对接演示验证，为之后载人登月任务中猎户座飞船与星舰着陆器在月球轨道的交会对接奠定基础。演示验证结束后，上面级分离，猎户座飞船继续飞行，在其再次达到近地点后，飞船主发动机完成地月转移轨道射入点火，随后进入地月转移轨道飞行阶段。在完成绕月飞行后，猎户座飞船返回地球。

阿尔忒弥斯2 载人绕月飞行试验

本次任务计划2024 年5 月进行，主要进展如下：①猎户座飞船方面，乘员舱70% 左右的硬件已经安装完成，服务舱也已经进行了一次通电试验，目前正处于功能性试验中。②SLS 火箭方面，芯级制造工作正在米丘德组装厂有序推进，有望在2023 年3月完成总装与试验；芯级4 台RS-25 主发动机已经交付至米丘德组装厂，计划2023 年12 月与芯级总装；固体助推器所有发动机部段都已经制造完成，目前存储在犹他州；过渡型低温上面级已经完成制造，目前位于卡纳维拉尔角联合发射联盟公司（ULA）的制造设施中。③地面系统方面，位于肯尼迪航天中心39B 发射工位的140 万加仑的新液氢储罐已经基本建成。

阿尔忒弥斯3 任务

阿尔忒弥斯3 是阿尔忒弥斯计划下的首次载人登月任务，也将是SpaceX 公司星舰（Starship）月球着陆器的首次载人登月飞行，计划搭载4 名航天员。按计划，猎户座飞船与星舰着陆器将在近直线晕轨道（NHRO）交会对接，2 名航天员进入着陆器，启程前往月球南极区域并着陆，完成为期一周的月面探索任务以及舱外活动。之后，着陆器搭载航天员返回NHRO 轨道，与猎户座飞船对接。飞船随后返回地球，而星舰月球着陆器进入日心轨道。

阿尔忒弥斯3 载人登月任务

本次任务采用SLS1 重型火箭和猎户座载人飞船，在2025 年发射。进展方面，SLS1 火箭过渡型低温上面级发动机已经交付至联合发射联盟公司，固体助推器发动机部段已经全部制造完成，芯级RS-25 主发动机准备交付至米丘德组装厂；完成了猎户座载人飞船乘员舱适配器内壁以及压力容器的交付；在着陆器方面，完成了着陆软件和传感器性能验证、软件架构评估、海平面猛禽（Raptor）发动机冷启动验证试验，实现了一周7 台猛禽发动机的生产效率，推进在轨低温推进剂输送与长期存储飞行试验，准备开展首次轨道飞行试验。

阿尔忒弥斯4 任务

阿尔忒弥斯4 载人登月任务

阿尔忒弥斯4 为阿尔忒弥斯计划下的第二次载人登月任务，计划搭载4 名航天员。本次任务的主要目标是验证SLS1B 重型火箭的性能，并完成欧日联合研制的国际居住舱（I-Hab）的在轨交付，将其与简版深空中转站对接。猎户座飞船到达中转站后，2 名航天员将登上提前停靠在中转站上的星舰着陆器，下降到月面，完成为期一周的月球探索任务。任务结束后，航天员由着陆器送回门户，之后搭乘猎户座飞船返回地球。

本次任务计划采用SLS1B 重型火箭发射猎户座载人飞船。SLS1B 是SLS1 的演进型，采用相同的芯级和固体助推级，但改用直径8.4m、由4 台RL-10 发动机提供推力的性能更强的探索上面级(EUS)，月球轨道运载能力可由SLS1 的27t 增加至38t，在载人任务中可同时搭载10t 次要有效载荷。EUS 上面级的精确制导、低温管理、实时通信与控制能力将可确保飞船在深空的精准定位、停留与对接机动。目前，波音公司已经完成了上面级的关键设计评审，并开始为生产制造做准备，计划在2022年完成SLS1B 火箭的关键设计评审。此外，米丘德组装厂也已经做好设施与人员方面的准备，支持该火箭的全面生产。

SLS1B 火箭将由全新的2 号活动发射平台组装、转运与发射。目前，该平台的设计工作已经基本完成，达到90%，但钢结构总体质量的降低与材料供应问题导致设计方案延期。不过，主承包商已经进行了重大改进以适应质量需求，且改变管理方法以提升效率。

3 小结

美国拜登政府着力推进由其领导的国际伙伴和私营公司共同参与的阿尔忒弥斯计划，通过以SLS重型运载火箭、猎户座载人飞船、探索地面系统、深空中转站和载人着陆系统为主要组成部分的探索框架，在2025 年实现载人重返月球目标，并在2030年左右具备可持续载人月球探索能力，为未来的载人火星探索奠定基础。在进展方面，NASA 已经成功完成了SLS 重型火箭和猎户座载人飞船的飞行试验，同时也在积极推进后续任务所需火箭与飞船的硬件制造与试验、地面设施的升级改进、着陆技术开发与产品制造等工作，并吸取经验教训改进项目管理方法，保障探月计划的顺利进行。