美國登月計劃接連推遲，重返月球為何這么難？

本文來自微信公眾號：返樸 （ID：fanpu2019），作者：李賢煥

撰文 | 李賢煥

美國登月計劃沒能收獲 2024 年的開門紅。當?shù)貢r間 1 月 8 日，承載著美國重返月球愿景的著陸器“游隼”號（Peregrine）在發(fā)射進入太空后不久，出現(xiàn)推進劑泄漏，已經(jīng)確定無法抵達月球。這個耗資 1.08 億美元、搭載著數(shù)個科學探測儀器、人類骨灰的航天器將迎來最終結果：墜入地球大氣層。

這也是首次有美國私營企業(yè)嘗試登陸月球 ——“游隼”號的研制方為 Astrobotic 公司。在重啟登月計劃之后，美國官方出資將各階段的任務拆解交由各路商業(yè)航天公司承接，依靠商業(yè)力量實現(xiàn)登月。

作為美國 50 年來首次嘗試在月球上軟著陸 ——1972 年 12 月阿波羅計劃 17 號任務中的三名宇航員離開月球 ——“游隼”號任務失敗意味著美國的重返月球計劃階段性受阻，環(huán)環(huán)相扣的登月計劃也因此推遲進程。

此次受挫也凸顯出，將重返計劃全部押注在商業(yè)公司上的潛在風險。本文我們將從“游隼”號任務講起，深入解析美國時隔半個多世紀后的登月計劃與當年阿波羅計劃的異同，以及商業(yè)力量捆綁了國家任務時，新模式帶來的新優(yōu)勢和不確定性。

私營公司撐起的登月計劃

商業(yè)力量支撐的登月敘事開始于 6 年前。

2017 年 12 月，時任美國總統(tǒng)特朗普在白宮簽署太空政策指令，宣布美國宇航員將重返月球，并最終前往火星。

美國國家航空航天局（NASA）將新的登月計劃命名為阿爾忒彌斯（Artemis），源自希臘神話中的月亮女神與狩獵的象征。這一名稱與美國上一代月球探測項目阿波羅計劃（Project Apollo）遙相呼應 —— 在希臘神話中，阿爾忒彌斯正是阿波羅的孿生姐姐。

不同于阿波羅計劃，這次登月的目的遠不只是在月球表面踩個腳印、插根旗子。阿爾忒彌斯計劃的終點不是月球，而是以月球為起點，前往更遠的星球；更重要的是，在實現(xiàn)路徑上，NASA 不再是包辦全程的機構，而是作為政府發(fā)包方提出各種需求，在一眾商業(yè)公司、大學實驗室里選擇承包商。因此對商業(yè)航天公司來說，NASA 只是眾多客戶中的一個，甚至任務過程中還可順手運輸其他商業(yè)貨物。

作為龐大工程的一小部分，在登月這個細分階段，NASA 通過商業(yè)月球荷載服務（CLPS，Commercial Lunar Payload Services）最初選定了 9 家公司，共同競爭數(shù)十億美元的合同。NASA 付錢給私營公司，讓他們把科學儀器送到月球表面并進行探測。如果計劃成功，NASA 將把未來的載人登月任務外包給私營公司ーー就像是一個更加復雜的星際外送服務。

這次發(fā)射是 CLPS 計劃中的開門任務，按照計劃后續(xù)的登月任務還有至少 9 個，把來自 5 家公司的不同設備送上月球表面。事實上，從火箭到飛船，再到登月器，NASA 已經(jīng)和 13 家美國航天企業(yè)建立了合作，背后的上游供應商數(shù)量超過了 3000 個。

而近期的美國月球發(fā)射任務都是各家公司的練兵場和可靠性考試。

雖然“游隼”號未能完成任務，但在發(fā)射階段，執(zhí)行任務的是聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟（ULA）設計的新型火箭“Vulcan”的首次試飛，這枚由洛克希德?馬丁和波音合資企業(yè)開發(fā)的火箭也正要通過此次發(fā)射來獲得國防部的認證。

參與任務的還有另一家明星航天企業(yè)、貝索斯創(chuàng)立的藍色起源。Vulcan 火箭搭載著兩臺由藍色起源開發(fā)的 BE-4 火箭發(fā)動機，該型發(fā)動機歷經(jīng)多年開發(fā)，這回是首次執(zhí)行正式飛行任務。藍色起源還計劃今年首次試飛搭載多臺 BE-4 發(fā)動機的“New Glenn”火箭。

后續(xù)的任務也很密集。另一家名為 Intuitive Machines 的公司已經(jīng)計劃好在 2 月中旬首次發(fā)射自家月球著陸器，屆時，任務發(fā)射階段將使用 SpaceX 的獵鷹 9 號火箭。有趣的是，Intuitive Machines 計劃在 2 月 22 日或之前著陸月球（比“游隼”號原計劃的著陸日還早一天），如果能夠?qū)崿F(xiàn)，它將成為第一個在月球著陸的商業(yè)公司。

下一階段的月球任務 —— 載人繞月飛行 —— 也在同步準備當中。四名分別來自美國和加拿大的宇航員早已做好了準備，只是他們將要搭乘的“獵戶座”太空船（由洛克希德?馬丁公司和空中客車共同研發(fā)）尚未通過完整測試，目前飛行計劃從 2024 年推遲到了 2025 年。

與此同時，SpaceX 仍在測試其 Starship 火箭和宇宙飛船，這個有史以來第一艘可完全復用的重型運載火箭，至今還沒能完成入軌發(fā)射，而 NASA 已經(jīng)計劃拿它來執(zhí)行前兩次正式的人類登月任務。

阿爾忒彌斯計劃的一再延期，以及此次任務失敗，都凸顯了這個曾經(jīng)登上月球的國家所面臨的新困難。

時隔半個世紀，美國的登月計劃有什么不同？

“游隼”號任務的失敗，必然會影響環(huán)環(huán)相扣的登月計劃，由此延伸出來一個直觀的問題：為什么美國在半個多世紀前就一舉登上了月球，但后來再也沒回去？甚至新一輪的計劃還會面對如此多困難和不確定性。

按理來說，把阿波羅計劃的“土星 5 號”火箭和阿波羅太空艙的圖紙拿來重新造一遍，并沒有太大的技術問題。但美國并不想重復阿波羅計劃。曾經(jīng)的阿波羅計劃把人類送上了月球表面，同時推動了大規(guī)模的技術創(chuàng)新，包括計算機技術、通信技術、材料科學等；而在阿耳忒彌斯計劃里，月球只是一個中轉站，全面復制阿波羅計劃根本行不通。

首先是兩者目標不同。

阿波羅計劃的登月區(qū)域主要位于月球表面的赤道附近，后來這片區(qū)域也被稱為“阿波羅登月區(qū)”。具體來說，阿波羅計劃中的六次登月任務都位于月球的赤道附近或接近赤道的地區(qū)。這樣的選擇是確保在各種光照條件下，太陽能電池能夠提供足夠的能源供應。

阿爾忒彌斯計劃的主要目標之一是在月球上建立可持續(xù)的人類基地，甚至以此為中轉站前往更遠的深空，因此新的登月任務把目標放在了月球南極，南極地區(qū)被認為是月球上最有可能存在水冰的區(qū)域，不管是對于人類居住還是未來深空探索，月球水資源對提供飲用水和燃料（分解為氫氣和氧氣）都至關重要。也正因此，NASA 計劃最早在今年下半年向月球發(fā)送冰鉆探測車，后續(xù)的人類宇航員登月任務之一也是尋找水資源。

更重要的因素是經(jīng)濟成本和安全風險。

阿波羅計劃誕生于美蘇軍備競賽時期，最早提出于 1960 年，開始時并未獲批。直到次年 4 月，蘇聯(lián)宇航員加加林乘坐“東方 1 號”飛船成功進入太空，成為世界上第一位太空人。受此刺激，時任美國總統(tǒng)肯尼迪于一個月后正式宣布了阿波羅計劃。

阿波羅計劃登月任務充滿巨大風險，更像是在登月競賽中孤注一擲的“賭局”。在 1968 年到 1972 年期間，NASA 共進行了 9 次載人月球任務，其中 6 次成功著陸，12 名宇航員成功登上月球表面。

成功之下是一系列致命的風險和事故。比如著名的“阿波羅 1 號”事故發(fā)生在地面測試階段，突發(fā)大火導致 3 名宇航員喪生；“阿波羅 11 號”任務中，盡管阿姆斯特朗成功踏上月球，但在返回地球時遭遇點火開關故障；此外，阿波羅 12 號、13 號、15 號等任務也都經(jīng)歷了重大事故。

除了安全代價 ，阿波羅計劃的巨額成本開支也是其他項目難以企及的。該計劃總花費達 255 億美元，相當于當年美國 GDP 的 0.57%，占據(jù)當時美國整體科技研究發(fā)展經(jīng)費的 20%，這筆花費折算到近年已經(jīng)超過了 1500 億美元。

對于如今的 NASA 而言，已不再擁有像阿波羅計劃那樣的無限資金和全力支持；也無法容忍高風險，他們必須明晰地評估每個項目的風險，比如 NASA 會計算每一個組件的確切故障率，并評估每個部件、子部件和系統(tǒng)故障所涉及的風險。

在這一背景之下誕生的阿爾忒彌斯計劃，則被視為一個可持續(xù)的項目：能夠以更為經(jīng)濟的成本、更先進的技術以及更加安全的方式抵達月球。

據(jù)美國審計部門預計，NASA 將在 2025 年之前投入 930 億美元用于開發(fā)登月任務所需的各項開發(fā)。不過，如果一系列任務無法按時完成，后續(xù)花費還將進一步上升。

盡管阿爾忒彌斯計劃目前在成本和研發(fā)周期上并沒有數(shù)量級上的優(yōu)勢，但引入商業(yè)競合模式將會帶來巨大的改進機遇。與幾乎不可能降低成本的阿波羅計劃相比，阿爾忒彌斯計劃在技術創(chuàng)新和重復使用方面表現(xiàn)更為可靠，項目持續(xù)時間越長，成本也將相應下降。SpaceX、藍色起源等“鯰魚”的參與，或許能夠讓 NASA 在大幅節(jié)約成本的同時，真正實現(xiàn)這場冒險的最終目標：先去月球，再到火星。

商業(yè)登月風險漸露

NASA 依賴商業(yè)力量推進航天項目，看中的是私營公司充分的靈活性和資金利用效率帶來的顛覆性效果 —— 就像 SpaceX 大幅降低了火箭和衛(wèi)星制造的成本。而在實現(xiàn)這一目標之前，技術的迭代和成本的降低也是建立在失敗和試錯的基礎之上 —— 就像 SpaceX 早期也是在接連的失敗中提升了航天器的可靠性。

況且登月從來就是一件任務失敗率頗高的事業(yè)。事實上，在“游隼”之前，由私營公司執(zhí)行的登月任務都以失敗告終。2019 年 4 月，由私營公司 SpaceIL 和以色列航空航天工業(yè)公司聯(lián)合打造的登月器“創(chuàng)世紀”號（Beresheet）在嘗試著落月球過程中失聯(lián)后墜毀；2023 年 4 月，日本商業(yè)航天公司 ispace 的登月器同樣在嘗試軟著陸時失聯(lián)，最終墜毀。

私營公司更注重對成本的控制，在這樣的前提下，失敗的風險會變得更大，未來還會有更多任務將以失敗告終。歐洲航天局月球探測小組負責人尼科?德特曼（Nico Dettmann）在評論“游隼”任務時表示，這些企業(yè)都是相對較新的，失敗可以理解，企業(yè)會從失敗中吸取教訓，最終實現(xiàn)成本降低。但不可否認的是，最初的幾個任務可能會崩潰。

可見，效率、成本和可靠性，在美國登月計劃中成為了不可能同時達到的三個要素。試圖借助商業(yè)力量的 NASA，也正在接受計劃不斷推遲的弊端。

NASA 局長比爾?納爾遜在近期的一場新聞發(fā)布會上表示，“阿耳忒彌斯 2 號”任務推遲到 2025 年 9 月，其原本計劃在 2024 年年底安排 4 名宇航員完成繞月飛行；而將宇航員送上月球表面的“阿耳忒彌斯 3 號”任務也會延期 1 年，從最早 2025 年推遲到 2026 年 9 月。

這凸顯了 NASA 依賴私營公司這一戰(zhàn)略的風險：登月時間表正在失控。當任務被分配給不同的公司，進度就更加難以被 NASA 掌控，況且工程任務本身具有一定失敗概率，因此過程中每一次任務失敗或是進度落后都會影響整個計劃的進行。且當有數(shù)十家公司參與其中時，意外就難免會出現(xiàn)。

比如，按照計劃，“游隼”并不是第一個前往月球的航天器。此前一家名為 Masten Space Systems 的商業(yè)航天公司拿下了 NASA 的合同，為后者開發(fā)一個月球著陸器，并計劃于 2023 年 11 月發(fā)射。

但 NASA 的資助也沒能讓這家公司順利活到計劃的時間點，公司于 2022 年下半年申請破產(chǎn)，后來主要資產(chǎn)被 Astrobotic 公司收購。這也直接導致原本的發(fā)射任務取消。而在此次“游隼”發(fā)射任務中，原本還有另外五個荷載要和它一同前往月球，但在發(fā)射前的著陸器調(diào)整中，將荷載放到了后續(xù)的登月任務中。

而對美國登月計劃來說，超長的時間周期本身也是風險之一。

每年，美國國會都會通過年度撥款法案，確定 NASA 的具體預算數(shù)額，所以 NASA 局長最重要的任務之一就是說服總統(tǒng)和國會更加重視航天任務，批出更多的錢。因此，國會及在任總統(tǒng)對于 NASA 的支持程度至關重要。

在阿耳忒彌斯計劃之前，時任總統(tǒng) Obama 傾向于將重點放在火星上，即不去月球，直接將人類宇航員送上火星。而繼任的特朗普政府支持了現(xiàn)有的方案，并成功建立阿爾忒彌斯計劃。

特朗普時期的 NASA 局長（由特朗普提名）Jim Bridenstine 就曾表示，NASA 加速登月計劃的進度，就是為了防止政客們哪天又突然改變了主意，導致計劃流產(chǎn)。甚至他們還將登月時間從最初設定的 2028 年大幅提前到了 2024 年。這個時間點也相當微妙：若特朗普在 2020 年大選獲勝，登月計劃就能在他任期內(nèi)最后一年踩線完成。

但計劃沒能成行。一方面阿耳忒彌斯計劃進度接連推遲，另一方面特朗普也未能連任，拜登在 2020 年入主白宮，Jim Bridenstine 隨即離職。好在拜登政府仍延續(xù)了對阿耳忒彌斯計劃的支持，近年來 NASA 的預算仍在持續(xù)增長，但在如此機制下，長期的不確定性將難以抹除。

焦慮也由此加劇。與計劃推進中的不確定性相比，外部的競爭壓力是確定的、從未減少過的。全球范圍內(nèi)，新一輪的登月競賽已經(jīng)開啟，除了日本、以色列和印度為代表的非傳統(tǒng)航天強國已經(jīng)向月球發(fā)起嘗試，俄羅斯也發(fā)力在登月領域展現(xiàn)自己的實力，更重要的是中國的登月計劃仍在以穩(wěn)健的姿態(tài)持續(xù)推進。

作為唯一一個曾經(jīng)把人類送上月球的國家，重啟登月的美國會如何甩掉歷史的包袱，展現(xiàn)商業(yè)航天時代的登月實力？航天界仍在期待新的驚喜。

參考鏈接

• [1] https://www.nature.com/articles/d41586-023-04064-5

• [2] https://www.theguardian.com/science/2024/jan/12/why-landing-on-the-moon-is-proving-more-difficult-today-than-50-years-ago

• [3] https://www.washingtonpost.com/technology/2024/01/07/moon-landing-2024-nasa-astrobotic-intuitive-machines/

• [4] https://www.reuters.com/science/moon-race-with-china-us-setbacks-test-role-private-firms-2024-01-12/

• [5] https://www.wsj.com/science/space-astronomy/nasa-moon-landings-2024-9103f9ad?mod=WTRN_pos1&cx_testId=3&cx_testVariant=cx_160&cx_artPos=0

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