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

　　本文介紹了月門(mén)計劃的歷史和主要組成部分，以及未來(lái)可能的用途。目前NASA計劃在本世紀20年代的某個(gè)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劃。阿爾忒彌斯原定目標是讓宇航員在2024年登月。但NASA監察長(cháng)辦公室在2021年8月份的一份報告中表示，由于宇航服的開(kāi)發(fā)工作延誤，這一目標“不可行”。

　　月門(mén)計劃歷史

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

　　月門(mén)計劃的名字也變了好幾次。NASA在2017年的文件中提到過(guò)繞月飛行的深空門(mén)戶(hù)空間站(Deep Space Gateway)。2018年，在NASA提交的2019年預算中，又被重新命名為月球軌道平臺門(mén)戶(hù)(LOP-G)。如今，NASA更傾向于使用更簡(jiǎn)單的“月門(mén)計劃”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(mén)計劃打造用于宇航員居住和后勤保障的HALO模塊。HALO模塊的設計基于定期向國際空間站運送設備和物資的天鵝座貨運飛船。NASA之所以選擇諾斯羅普·格魯曼公司，是因為該公司在將天鵝座貨運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，由于天鵝座貨運飛船足夠小，可以通過(guò)現有的商業(yè)運載火箭發(fā)射升空，這極大簡(jiǎn)化了月門(mén)計劃的開(kāi)發(fā)工作。

　　諾斯羅普·格魯曼公司說(shuō)，HALO模塊“可以讓4名宇航員在踏上月球表面探險和返回月球的過(guò)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計HALO模塊，為當年11月完成的初步設計審查做準備。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模塊的設計和開(kāi)發(fā)。HALO模塊計劃于2024年搭乘SpaceX的獵鷹重型火箭抵達月球軌道。

　　動(dòng)力和推進(jìn)模塊(Maxar Technologies)

　　月門(mén)計劃的動(dòng)力和推進(jìn)模塊基于NASA小行星重定向計劃中相關(guān)的推進(jìn)器研究工作。這一計劃在2017年被取消，但有關(guān)推進(jìn)器的設計被回收利用。2019年5月，NASA選中Maxar Technologies來(lái)建造月門(mén)計劃的動(dòng)力和推進(jìn)模塊。據NASA稱(chēng)，該模塊是一個(gè)太陽(yáng)能電力推進(jìn)裝置，可以繞月運行，也可以用于火星之旅。

　　Maxar Technologies在2019年完成動(dòng)力和推進(jìn)模塊的系統需求審查，并在2021年初通過(guò)了其他兩項關(guān)鍵審查。動(dòng)力和推進(jìn)模塊預計將于2024年和HALO模塊一道前往月球軌道。

　　機械臂Canadarm3 (MDA)

　　加拿大航天局于2019年5月宣布，將向月門(mén)計劃提供名為Canadarm3的新一代機械臂，這是在航天飛機和國際空間站所使用機械臂的基礎上開(kāi)發(fā)的。Canadarm3機械臂設計融入了一定的機器學(xué)習，這樣機械臂可以在宇航員執行任務(wù)期間自行維護和監督空間站運行，因為月球空間站總會(huì )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年內向Canadarm3機械臂和月球探索加速器計劃(LEAP)投資20.5億加元，當時(shí)約合15.6億美元。LEAP旨在鼓勵企業(yè)將機器人、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(wàn)美元，用于機械臂接口的初步和詳細設計。

　　貨運飛船(SpaceX)

　　2019年8月，NASA公開(kāi)征集意見(jiàn)，要求各個(gè)公司就如何開(kāi)發(fā)向月球空間站運送貨物的飛船提出建議。與國際空間站所使用的貨運飛船類(lèi)似，月門(mén)計劃貨運飛船將由商業(yè)火箭發(fā)射升空，將能在月球空間站停留至多6個(gè)月的時(shí)間。

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

　　載人飛船(洛克希德·馬丁公司)

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

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

　　運行軌道

　　月球空間站將在被稱(chēng)為“近直線(xiàn)光環(huán)軌道”(NRHO)的全新軌道上運行。這樣一來(lái)，空間站沿著(zhù)高度“偏心”的軌道運行，而不是像“阿波羅”那樣繞月球低軌道運行。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。

　　根據歐洲航天局的說(shuō)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。這一軌道繞月運行一周大約需要7天的時(shí)間，而且完全處于陽(yáng)光照射不到的地方最少，能讓月球空間站的太陽(yáng)能板供電最大化。小型衛星任務(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(huì )一直有人

　　與自2000年以來(lái)一直有宇航員的國際空間站不同，月球空間站不會(huì )有宇航員一直值守。相反，宇航員每次只會(huì )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(dòng)運行。

　　這種情況在很大程度上是因為，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(hù)座飛船。這可能會(huì )讓月球空間站在大部分時(shí)間里無(wú)人值守。

　　登月任務(wù)的中轉站

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

　　月球空間站也有可能實(shí)現遠程遙控月球探測機器人。宇航員可以遠程遙控月球車(chē)或飛行器，來(lái)探測隕石坑或建造用于望遠鏡觀(guān)測的無(wú)線(xiàn)電天線(xiàn)。畢竟在地球上發(fā)出指令和在月球近側表面接收指令之間有兩秒的時(shí)間延遲。

　　火星中轉站

　　月門(mén)計劃的設計仍在進(jìn)行中，很難預測其將如何支持探月任務(wù)，更不用說(shuō)火星探索任務(wù)。NASA堅持認為，從阿爾忒彌斯和月門(mén)計劃中吸取的許多“教訓”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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