美国登月计划接连推迟，重返月球为何这么难？_风闻
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“游隼”号任务失败意味着美国的重返月球计划阶段性受阻，整体计划进程被迫推迟。与阿波罗计划不同，本次登月计划将主要依靠商业力量实现登月，美国官方机构则承担发包方的角色。而此次受挫，凸显出将重返计划全部押注在商业公司上的潜在风险。
撰文 | 李贤焕
美国登月计划没能收获2024年的开门红。当地时间1月8日，承载着美国重返月球愿景的着陆器“游隼”号（Peregrine）在发射进入太空后不久，出现推进剂泄漏，已经确定无法抵达月球。这个耗资1.08亿美元、搭载着数个科学探测仪器、人类骨灰的航天器将迎来最终结果：坠入地球大气层。
这也是首次有美国私营企业尝试登陆月球——“游隼”号的研制方为Astrobotic公司。在重启登月计划之后，美国官方出资将各阶段的任务拆解交由各路商业航天公司承接，依靠商业力量实现登月。
作为美国50年来首次尝试在月球上软着陆——1972年12月阿波罗计划17号任务中的三名宇航员离开月球——“游隼”号任务失败意味着美国的重返月球计划阶段性受阻，环环相扣的登月计划也因此推迟进程。
此次受挫也凸显出，将重返计划全部押注在商业公司上的潜在风险。本文我们将从“游隼”号任务讲起，深入解析美国时隔半个多世纪后的登月计划与当年阿波罗计划的异同，以及商业力量捆绑了国家任务时，新模式带来的新优势和不确定性。
私营公司撑起的登月计划
商业力量支撑的登月叙事开始于6年前。
2017年12月，时任美国总统特朗普在白宫签署太空政策指令，宣布美国宇航员将重返月球，并最终前往火星。
美国国家航空航天局（NASA）将新的登月计划命名为阿尔忒弥斯（Artemis），源自希腊神话中的月亮女神与狩猎的象征。这一名称与美国上一代月球探测项目阿波罗计划（Project Apollo）遥相呼应——在希腊神话中，阿尔忒弥斯正是阿波罗的孪生姐姐。
不同于阿波罗计划，这次登月的目的远不只是在月球表面踩个脚印、插根旗子。阿尔忒弥斯计划的终点不是月球，而是以月球为起点，前往更远的星球；更重要的是，在实现路径上，NASA不再是包办全程的机构，而是作为政府发包方提出各种需求，在一众商业公司、大学实验室里选择承包商。因此对商业航天公司来说，NASA只是众多客户中的一个，甚至任务过程中还可顺手运输其他商业货物。
作为庞大工程的一小部分，在登月这个细分阶段，NASA通过商业月球荷载服务（CLPS，Commercial Lunar Payload Services）最初选定了9家公司，共同竞争数十亿美元的合同。NASA 付钱给私营公司，让他们把科学仪器送到月球表面并进行探测。如果计划成功，NASA将把未来的载人登月任务外包给私营公司ーー就像是一个更加复杂的星际外送服务。
这次发射是CLPS计划中的开门任务，按照计划后续的登月任务还有至少9个，把来自5家公司的不同设备送上月球表面。事实上，从火箭到飞船，再到登月器，NASA已经和13家美国航天企业建立了合作，背后的上游供应商数量超过了3000个。
而近期的美国月球发射任务都是各家公司的练兵场和可靠性考试。
虽然“游隼”号未能完成任务，但在发射阶段，执行任务的是联合发射联盟（ULA）设计的新型火箭“Vulcan”的首次试飞，这枚由洛克希德·马丁和波音合资企业开发的火箭也正要通过此次发射来获得国防部的认证。
参与任务的还有另一家明星航天企业、贝索斯创立的蓝色起源。Vulcan火箭搭载着两台由蓝色起源开发的BE-4火箭发动机，该型发动机历经多年开发，这回是首次执行正式飞行任务。蓝色起源还计划今年首次试飞搭载多台BE-4发动机的“New Glenn”火箭。
后续的任务也很密集。另一家名为Intuitive Machines的公司已经计划好在2月中旬首次发射自家月球着陆器，届时，任务发射阶段将使用SpaceX的猎鹰9号火箭。有趣的是，Intuitive Machines计划在2月22日或之前着陆月球（比“游隼”号原计划的着陆日还早一天），如果能够实现，它将成为第一个在月球着陆的商业公司。
下一阶段的月球任务——载人绕月飞行——也在同步准备当中。四名分别来自美国和加拿大的宇航员早已做好了准备，只是他们将要搭乘的“猎户座”太空船（由洛克希德·马丁公司和空中客车共同研发）尚未通过完整测试，目前飞行计划从2024年推迟到了2025年。
与此同时，SpaceX仍在测试其Starship火箭和宇宙飞船，这个有史以来第一艘可完全复用的重型运载火箭，至今还没能完成入轨发射，而NASA已经计划拿它来执行前两次正式的人类登月任务。
阿尔忒弥斯计划的一再延期，以及此次任务失败，都凸显了这个曾经登上月球的国家所面临的新困难。
时隔半个世纪，美国的登月计划有什么不同？
“游隼”号任务的失败，必然会影响环环相扣的登月计划，由此延伸出来一个直观的问题：为什么美国在半个多世纪前就一举登上了月球，但后来再也没回去？甚至新一轮的计划还会面对如此多困难和不确定性。
按理来说，把阿波罗计划的“土星5号”火箭和阿波罗太空舱的图纸拿来重新造一遍，并没有太大的技术问题。但美国并不想重复阿波罗计划。曾经的阿波罗计划把人类送上了月球表面，同时推动了大规模的技术创新，包括计算机技术、通信技术、材料科学等；而在阿耳忒弥斯计划里，月球只是一个中转站，全面复制阿波罗计划根本行不通。
首先是两者目标不同。
阿波罗计划的登月区域主要位于月球表面的赤道附近，后来这片区域也被称为“阿波罗登月区”。具体来说，阿波罗计划中的六次登月任务都位于月球的赤道附近或接近赤道的地区。这样的选择是确保在各种光照条件下，太阳能电池能够提供足够的能源供应。
阿尔忒弥斯计划的主要目标之一是在月球上建立可持续的人类基地，甚至以此为中转站前往更远的深空，因此新的登月任务把目标放在了月球南极，南极地区被认为是月球上最有可能存在水冰的区域，不管是对于人类居住还是未来深空探索，月球水资源对提供饮用水和燃料（分解为氢气和氧气）都至关重要。也正因此，NASA计划最早在今年下半年向月球发送冰钻探测车，后续的人类宇航员登月任务之一也是寻找水资源。
更重要的因素是经济成本和安全风险。
阿波罗计划诞生于美苏军备竞赛时期，最早提出于1960年，开始时并未获批。直到次年4月，苏联宇航员加加林乘坐“东方1号”飞船成功进入太空，成为世界上第一位太空人。受此刺激，时任美国总统肯尼迪于一个月后正式宣布了阿波罗计划。
阿波罗计划登月任务充满巨大风险，更像是在登月竞赛中孤注一掷的“赌局”。在1968年到1972年期间，NASA共进行了9次载人月球任务，其中6次成功着陆，12名宇航员成功登上月球表面。
成功之下是一系列致命的风险和事故。比如著名的“阿波罗1号”事故发生在地面测试阶段，突发大火导致3名宇航员丧生；“阿波罗11号”任务中，尽管阿姆斯特朗成功踏上月球，但在返回地球时遭遇点火开关故障；此外，阿波罗12号、13号、15号等任务也都经历了重大事故。
除了安全代价 ，阿波罗计划的巨额成本开支也是其他项目难以企及的。该计划总花费达255亿美元，相当于当年美国GDP的0.57%，占据当时美国整体科技研究发展经费的20%，这笔花费折算到近年已经超过了1500亿美元。
对于如今的NASA而言，已不再拥有像阿波罗计划那样的无限资金和全力支持；也无法容忍高风险，他们必须明晰地评估每个项目的风险，比如NASA会计算每一个组件的确切故障率，并评估每个部件、子部件和系统故障所涉及的风险。
在这一背景之下诞生的阿尔忒弥斯计划，则被视为一个可持续的项目：能够以更为经济的成本、更先进的技术以及更加安全的方式抵达月球。
据美国审计部门预计，NASA将在2025年之前投入930亿美元用于开发登月任务所需的各项开发。不过，如果一系列任务无法按时完成，后续花费还将进一步上升。
尽管阿尔忒弥斯计划目前在成本和研发周期上并没有数量级上的优势，但引入商业竞合模式将会带来巨大的改进机遇。与几乎不可能降低成本的阿波罗计划相比，阿尔忒弥斯计划在技术创新和重复使用方面表现更为可靠，项目持续时间越长，成本也将相应下降。SpaceX、蓝色起源等“鲶鱼”的参与，或许能够让NASA在大幅节约成本的同时，真正实现这场冒险的最终目标：先去月球，再到火星。
商业登月风险渐露
NASA依赖商业力量推进航天项目，看中的是私营公司充分的灵活性和资金利用效率带来的颠覆性效果——就像SpaceX大幅降低了火箭和卫星制造的成本。而在实现这一目标之前，技术的迭代和成本的降低也是建立在失败和试错的基础之上——就像SpaceX早期也是在接连的失败中提升了航天器的可靠性。
况且登月从来就是一件任务失败率颇高的事业。事实上，在“游隼”之前，由私营公司执行的登月任务都以失败告终。2019年4月，由私营公司SpaceIL和以色列航空航天工业公司联合打造的登月器“创世纪”号（Beresheet）在尝试着落月球过程中失联后坠毁；2023年4月，日本商业航天公司ispace的登月器同样在尝试软着陆时失联，最终坠毁。
私营公司更注重对成本的控制，在这样的前提下，失败的风险会变得更大，未来还会有更多任务将以失败告终。欧洲航天局月球探测小组负责人尼科•德特曼（Nico Dettmann）在评论“游隼”任务时表示，这些企业都是相对较新的，失败可以理解，企业会从失败中吸取教训，最终实现成本降低。但不可否认的是，最初的几个任务可能会崩溃。
可见，效率、成本和可靠性，在美国登月计划中成为了不可能同时达到的三个要素。试图借助商业力量的NASA，也正在接受计划不断推迟的弊端。
NASA局长比尔·纳尔逊在近期的一场新闻发布会上表示，“阿耳忒弥斯2号”任务推迟到2025年9月，其原本计划在2024年年底安排4名宇航员完成绕月飞行；而将宇航员送上月球表面的“阿耳忒弥斯3号”任务也会延期1年，从最早2025年推迟到2026年9月。
这凸显了NASA依赖私营公司这一战略的风险：登月时间表正在失控。当任务被分配给不同的公司，进度就更加难以被NASA掌控，况且工程任务本身具有一定失败概率，因此过程中每一次任务失败或是进度落后都会影响整个计划的进行。且当有数十家公司参与其中时，意外就难免会出现。
比如，按照计划，“游隼”并不是第一个前往月球的航天器。此前一家名为Masten Space Systems的商业航天公司拿下了NASA的合同，为后者开发一个月球着陆器，并计划于2023年11月发射。
但NASA的资助也没能让这家公司顺利活到计划的时间点，公司于2022年下半年申请破产，后来主要资产被Astrobotic公司收购。这也直接导致原本的发射任务取消。而在此次“游隼”发射任务中，原本还有另外五个荷载要和它一同前往月球，但在发射前的着陆器调整中，将荷载放到了后续的登月任务中。
而对美国登月计划来说，超长的时间周期本身也是风险之一。
每年，美国国会都会通过年度拨款法案，确定NASA的具体预算数额，所以NASA局长最重要的任务之一就是说服总统和国会更加重视航天任务，批出更多的钱。因此，国会及在任总统对于NASA的支持程度至关重要。
在阿耳忒弥斯计划之前，时任总统奥巴马倾向于将重点放在火星上，即不去月球，直接将人类宇航员送上火星。而继任的特朗普政府支持了现有的方案，并成功建立阿尔忒弥斯计划。
特朗普时期的NASA局长（由特朗普提名）Jim Bridenstine就曾表示，NASA加速登月计划的进度，就是为了防止政客们哪天又突然改变了主意，导致计划流产。甚至他们还将登月时间从最初设定的2028年大幅提前到了2024年。这个时间点也相当微妙：若特朗普在2020年大选获胜，登月计划就能在他任期内最后一年踩线完成。
但计划没能成行。一方面阿耳忒弥斯计划进度接连推迟，另一方面特朗普也未能连任，拜登在2020年入主白宫，Jim Bridenstine随即离职。好在拜登政府仍延续了对阿耳忒弥斯计划的支持，近年来NASA的预算仍在持续增长，但在如此机制下，长期的不确定性将难以抹除。
焦虑也由此加剧。与计划推进中的不确定性相比，外部的竞争压力是确定的、从未减少过的。全球范围内，新一轮的登月竞赛已经开启，除了日本、以色列和印度为代表的非传统航天强国已经向月球发起尝试，俄罗斯也发力在登月领域展现自己的实力，更重要的是中国的登月计划仍在以稳健的姿态持续推进。
作为唯一一个曾经把人类送上月球的国家，重启登月的美国会如何甩掉历史的包袱，展现商业航天时代的登月实力？航天界仍在期待新的惊喜。
参考链接
[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
本文受科普中国·星空计划项目扶持
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