美國國家航空航天局(NASA)計(jì)劃在月球軌道建造新一代載人空間站，這就是月門計(jì)劃(Gateway)。這個月球空間站能夠讓宇航員在月球軌道居住一到三個月的時(shí)間，這樣他們能夠長時(shí)間在遠(yuǎn)離地球的太空進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn);支持月面任務(wù);甚至完成遙控機(jī)器人等遠(yuǎn)程工作。

　　本文介紹了月門計(jì)劃的歷史和主要組成部分，以及未來可能的用途。目前NASA計(jì)劃在本世紀(jì)20年代的某個時(shí)候建成月球空間站并讓宇航員入駐，可能是為了支持阿爾忒彌斯登月計(jì)劃。阿爾忒彌斯原定目標(biāo)是讓宇航員在2024年登月。但NASA監(jiān)察長辦公室在2021年8月份的一份報(bào)告中表示，由于宇航服的開發(fā)工作延誤，這一目標(biāo)“不可行”。

　　月門計(jì)劃歷史

　　幾十年來，NASA一直希望建立一個月球空間站，而月門計(jì)劃的概念至少可以追溯到2010年左右。2012年，NASA公開討論了在月球背面建立月球站的想法——后來這個項(xiàng)目被稱為深空棲息地(Deep Space Habitat)。2014年和2015年前后，NASA開始公開討論“地月棲息地”的概念，目的是在本世紀(jì)20年代進(jìn)行更長時(shí)間的載人太空任務(wù)。

　　月門計(jì)劃的名字也變了好幾次。NASA在2017年的文件中提到過繞月飛行的深空門戶空間站(Deep Space Gateway)。2018年，在NASA提交的2019年預(yù)算中，又被重新命名為月球軌道平臺門戶(LOP-G)。如今，NASA更傾向于使用更簡單的“月門計(jì)劃”一詞。

　　HALO模塊(諾斯羅普·格魯曼公司)

　　2019年，NASA聘請諾斯羅普·格魯曼公司(Northrop Grumman)為月門計(jì)劃打造用于宇航員居住和后勤保障的HALO模塊。HALO模塊的設(shè)計(jì)基于定期向國際空間站運(yùn)送設(shè)備和物資的天鵝座貨運(yùn)飛船。NASA之所以選擇諾斯羅普·格魯曼公司，是因?yàn)樵摴驹趯⑻禊Z座貨運(yùn)飛船改裝成用于宇航員居住的模塊方面取得了不小進(jìn)展。此外，由于天鵝座貨運(yùn)飛船足夠小，可以通過現(xiàn)有的商業(yè)運(yùn)載火箭發(fā)射升空，這極大簡化了月門計(jì)劃的開發(fā)工作。

　　諾斯羅普·格魯曼公司說，HALO模塊“可以讓4名宇航員在踏上月球表面探險(xiǎn)和返回月球的過程中呆30天的時(shí)間。”諾斯羅普·格魯曼公司在2020年6月獲得了1.87億美元的資金用于設(shè)計(jì)HALO模塊，為當(dāng)年11月完成的初步設(shè)計(jì)審查做準(zhǔn)備。該公司隨后于2021年7月從NASA獲得了一份價(jià)值9.35億美元的合同，完成HALO模塊的設(shè)計(jì)和開發(fā)。HALO模塊計(jì)劃于2024年搭乘SpaceX的獵鷹重型火箭抵達(dá)月球軌道。

　　動力和推進(jìn)模塊(Maxar Technologies)

　　月門計(jì)劃的動力和推進(jìn)模塊基于NASA小行星重定向計(jì)劃中相關(guān)的推進(jìn)器研究工作。這一計(jì)劃在2017年被取消，但有關(guān)推進(jìn)器的設(shè)計(jì)被回收利用。2019年5月，NASA選中Maxar Technologies來建造月門計(jì)劃的動力和推進(jìn)模塊。據(jù)NASA稱，該模塊是一個太陽能電力推進(jìn)裝置，可以繞月運(yùn)行，也可以用于火星之旅。

　　Maxar Technologies在2019年完成動力和推進(jìn)模塊的系統(tǒng)需求審查，并在2021年初通過了其他兩項(xiàng)關(guān)鍵審查。動力和推進(jìn)模塊預(yù)計(jì)將于2024年和HALO模塊一道前往月球軌道。

　　機(jī)械臂Canadarm3 (MDA)

　　加拿大航天局于2019年5月宣布，將向月門計(jì)劃提供名為Canadarm3的新一代機(jī)械臂，這是在航天飛機(jī)和國際空間站所使用機(jī)械臂的基礎(chǔ)上開發(fā)的。Canadarm3機(jī)械臂設(shè)計(jì)融入了一定的機(jī)器學(xué)習(xí)，這樣機(jī)械臂可以在宇航員執(zhí)行任務(wù)期間自行維護(hù)和監(jiān)督空間站運(yùn)行，因?yàn)樵虑蚩臻g站總會有空置的時(shí)候。作為交換，NASA承諾在2020年讓一名加拿大宇航員參加阿爾忒彌斯計(jì)劃的首次月球軌道飛行任務(wù)。

　　2019年，加拿大曾承諾在24年內(nèi)向Canadarm3機(jī)械臂和月球探索加速器計(jì)劃(LEAP)投資20.5億加元，當(dāng)時(shí)約合15.6億美元。LEAP旨在鼓勵企業(yè)將機(jī)器人、健康和人工智能等技術(shù)用于月球任務(wù)。加拿大MDA公司獲得了一系列與Canadarm3機(jī)械臂相關(guān)的合同，最近敲定的合同是MDA在2021年7月獲得3530萬美元，用于機(jī)械臂接口的初步和詳細(xì)設(shè)計(jì)。

　　貨運(yùn)飛船(SpaceX)

　　2019年8月，NASA公開征集意見，要求各個公司就如何開發(fā)向月球空間站運(yùn)送貨物的飛船提出建議。與國際空間站所使用的貨運(yùn)飛船類似，月門計(jì)劃貨運(yùn)飛船將由商業(yè)火箭發(fā)射升空，將能在月球空間站停留至多6個月的時(shí)間。

　　2020年3月，SpaceX被確定為月門計(jì)劃的貨運(yùn)服務(wù)提供商，使用新一代龍飛船提供貨運(yùn)服務(wù)。目前龍飛船已經(jīng)是國際空間站的主要補(bǔ)給船之一。SpaceX代表表示，這種名為Dragon XL的新飛船將能攜帶超過5.5噸的貨物前往月球空間站。NASA當(dāng)時(shí)表示，還可能會選擇其他公司加入SpaceX的工作，為月球空間站提供再補(bǔ)給服務(wù)，但所有合同的總價(jià)值不超過70億美元。

　　載人飛船(洛克希德·馬丁公司)

　　月門計(jì)劃的第一次載人航天任務(wù)可能由洛克希德·馬丁公司開發(fā)的“獵戶座”飛船執(zhí)行，但其他載人飛船也可能在未來幾年前往月球空間站。獵戶座飛船的開發(fā)歷史早于阿爾忒彌斯，甚至早于NASA已經(jīng)取消的幾項(xiàng)計(jì)劃，其中也包括NASA旨在將人類送上月球和火星的星座(Constellation)計(jì)劃。

　　2014年12月5日，“獵戶座”飛船成功執(zhí)行名為“探索飛行測試-1”(EFT-1)的飛行測試，飛船順利抵達(dá)高地球軌道。“獵戶座”飛船的下一次飛行計(jì)劃是阿爾忒彌斯1號，原計(jì)劃將在2021年底發(fā)射升空。自2017年以來，由于NASA巨型火箭太空發(fā)射系統(tǒng)(SLS)的問題，這一任務(wù)已經(jīng)被推遲了幾次。“獵戶座”飛船包括一個乘員艙和服務(wù)艙，以及重要的動力、燃料和氧氣生成系統(tǒng)，類似于20世紀(jì)60年代和70年代進(jìn)行繞月飛行的阿波羅任務(wù)指令艙。

　　運(yùn)行軌道

　　月球空間站將在被稱為“近直線光環(huán)軌道”(NRHO)的全新軌道上運(yùn)行。這樣一來，空間站沿著高度“偏心”的軌道運(yùn)行，而不是像“阿波羅”那樣繞月球低軌道運(yùn)行。其在月球南極上空時(shí)距離月面最近，同時(shí)處于軌道上的其他點(diǎn)時(shí)距離月面很高。

　　根據(jù)歐洲航天局的說法，NRHO軌道距離月球表面的距離在3000到70000公里之間，并將與月球一起旋轉(zhuǎn)。這一軌道繞月運(yùn)行一周大約需要7天的時(shí)間，而且完全處于陽光照射不到的地方最少，能讓月球空間站的太陽能板供電最大化。小型衛(wèi)星任務(wù)CAPSTONE Cubesat最早將于2021年10月發(fā)射升空，測試這一軌道。

　　月球空間站不會一直有人

　　與自2000年以來一直有宇航員的國際空間站不同，月球空間站不會有宇航員一直值守。相反，宇航員每次只會在月球空間站停留大約30到90天。其他時(shí)間月球空間站將自動運(yùn)行。

　　這種情況在很大程度上是因?yàn)?，與國際空間站相比，將宇航員送入繞月軌道成本太高，需要SLS火箭和獵戶座飛船。這可能會讓月球空間站在大部分時(shí)間里無人值守。

　　登月任務(wù)的中轉(zhuǎn)站

　　月門計(jì)劃的主要功能之一是充當(dāng)探測器和宇航員往返月面的中轉(zhuǎn)站。NASA設(shè)想在月面沙克爾頓環(huán)形山建立一個阿爾忒彌斯計(jì)劃基地。沙克爾頓環(huán)形山是月球表面富含水冰的區(qū)域。NASA說，這一月面基地最終將需要水、廢物處理、著陸器、通信和輻射屏蔽等物資。

　　月球空間站也有可能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控月球探測機(jī)器人。宇航員可以遠(yuǎn)程遙控月球車或飛行器，來探測隕石坑或建造用于望遠(yuǎn)鏡觀測的無線電天線。畢竟在地球上發(fā)出指令和在月球近側(cè)表面接收指令之間有兩秒的時(shí)間延遲。

　　火星中轉(zhuǎn)站

　　月門計(jì)劃的設(shè)計(jì)仍在進(jìn)行中，很難預(yù)測其將如何支持探月任務(wù)，更不用說火星探索任務(wù)。NASA堅(jiān)持認(rèn)為，從阿爾忒彌斯和月門計(jì)劃中吸取的許多“教訓(xùn)”將對火星探索有用，包括如何將宇航員送往深空，如何保證宇航員的安全，如何就地利用資源等等。
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