阿耳忒弥斯2号:NASA必须验证的关键系统

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Artemis II: The Systems NASA Must Validate
阿耳忒弥斯2号(Artemis II)预计最早于2026年2月发射,是一项为期10天的载人试航任务。在计划的登月行动之前,该任务将对NASA的SLS火箭和猎户座飞船进行深空导航、生命维持和高速再入测试。此外,任务还将调查备受争议的隔热罩问题,并演示一种无需发动机点火即可让机组人员返回地球的故障保险轨道。

39B发射台上的升空张力

随着 NASA 为 Artemis II 2026年2月初的发射窗口进入倒计时,技术人员已完成对 Space Launch System (SLS) 和 Orion 载人飞船的最后处理工作。该任务将搭载四名宇航员进行为期约10天的绕月飞行并返回——这一路线的设计初衷并非为了登陆月面,而是为了将硬件、程序和人员推向登陆月球所需的深空环境。对于工程师和任务规划者来说,Artemis II 是一次集中的系统测试:它必须证明火箭、飞船和地面行动团队能够在人类再次踏上月球表面之前,完成这些艰巨的任务。

任务概况与即将刷新的纪录

Artemis II 将是 SLS 火箭和 Orion 飞船的首次载人飞行。此次任务将借鉴阿波罗时代的绕月飞越策略而非登陆:航天器将被送入一条自由返回轨道 (free‑return trajectory),绕过月球背面并返回地球。当达到远地点时,载人 Orion 飞船将比以往任何人类到达的地方都更远离地球,可能到达月球背面以外数万公里的地方,并以接近每小时 25,000 英里的速度返回——这将使其成为历史上速度最快的载人再入大气层之一。

这次任务的持续时间也备受关注。Artemis II 历时约十天,将成为历史上最长的载人飞行测试,也是对延长深空人类作业的一次重要演练:生命保障、通信、导航和机组程序都必须在多日的辐射暴露、热循环和通信延迟下可靠地运行。

硬件变更及其承载的测试

Artemis I 期间收集的数据为 SLS 和 Orion 的一系列工程改进提供了参考。NASA 工程师重新调整了天线位置以增强通信,重新调整了助推器分离发动机的角度以增加级间分离时的间隙,并在箱间段增加了气动整流片,以平息在前一次飞行中意外出现的振动模式。升级后的导航系统将在 Artemis II 中投入使用,验证在注入轨道、中途修正以及绕月飞越所需的精确计时期间的制导性能。

除了软件和传感器,Artemis II 还将测试主要承包商与子系统在真实飞行压力下的协作接口:核心级、双固体火箭助推器、上层级以及 Orion 服务舱必须在级间分离、发动机点火和部署过程中协同工作。这些不是增量式的检查,而是对未来登陆任务将重复使用的硬件和协同流程进行的完整任务演示。

Orion 系统与隔热罩争议

Artemis II 中最受关注的元素之一是 Orion 的隔热罩。在 Artemis I 期间,隔热罩出现的碳化现象和材料损耗超过了工程师的预期。分析将问题归结为某些保护层的低渗透性,导致截留气体聚积,并在剧烈的再入加热过程中引起剥落。NASA 表示已将吸取的教训融入 Artemis II 航天器中,并计划根据 Orion 的特性定制再入走廊。这种通过改变进入轨迹以减少峰值压力的方法,已成为任务计划的一部分。

并非所有人都认为这些修复措施已经足够。一些退休工程师和一位专门从事热防护的前宇航员公开批评了 NASA 的做法,并警告说,为了补偿渗透性较低的隔热罩而改变再入计划,会增加复杂性和风险。这场争论凸显了 Artemis II 的重要性:只有载人飞行才能让隔热罩的表现、再入制导和应急响应程序经历它们必须幸存的真实热环境和结构环境。

机组任务、科学实验与人因工程

Artemis II 机组人员——Reid Wiseman(指令长)、Victor Glover(飞行员)、Christina Hammock Koch 和加拿大宇航员 Jeremy Hansen(任务专家)——将面临密集的议程,其中包括系统检查与科学观察。他们将在负载下测试 Orion 的生命保障、航空电子和通信系统,执行异常情况下的机组程序,并对月球地形进行摄影和测绘。NASA 计划用一整天时间进行月球背面观测,包括东方海 (Mare Orientale) 和南极-艾特肯盆地 (South Pole‑Aitken Basin) 等人类极少进行实地视察的区域。

从人因工程的角度来看,这次任务还将验证更长航程的地月转移飞行中的机组常规工作,并测试航天器与地面团队之间的数据流。宇航员将携带高质量的成像硬件,拍摄地球升起和月球特征的 4K 视频及高分辨率静态照片——这既是为了回传科学数据,也是为了在未来的任务中演练大型科学载荷的机载遥测和文件处理。

轨道设计与紧急返回能力

Artemis II 的核心安全特性是月球自由返回轨道。在轨道力学方面,这意味着航天器被置于一条路径上,如果主发动机无法执行所需的点火,月球重力将完成大部分工作,将航天器带回地球。自由返回设计减少了在最危险阶段对推进系统的依赖:一旦上层级或服务舱无法执行计划的点火,重力将引导 Orion 回家,而无需进行大规模的动力修正。

这种储备模式并不能消除风险——机组人员的生存仍然依赖于生命保障系统、通信以及再入系统抵御高温的能力——但它在发生故障时为任务规划者争取了关键的时间和选择。Artemis II 将自阿波罗时代以来首次在真实飞行环境中演练这些选项。

通往登陆之路:进度、承包商与地缘政治

Artemis II 是下一步行动的试验场:Artemis III,即 NASA 希望让宇航员重返月球表面的任务。Artemis III 依赖于一个不属于 Artemis II 组成部分的载人月球登陆系统;NASA 在 2021 年选择了基于 Starship 的人类登陆系统 (HLS),但该飞船及其轨道燃料补给作业的进展并不平衡。这促使机构官员表示,他们将对登陆架构保持开放选择。

专家警告说,更换承包商或架构并非简单的加速策略。开发、测试和认证一套人类登陆系统——以及相关的补给和运行基础设施——通常需要多次无人演示以及以年而非月计算的准备时间。一些分析人士现在表示,2020年代中期的登陆时间表正面临切实的进度风险;无论如何,Artemis II 都是不可逾越的一步:在进行任何登月尝试之前,它必须验证载人作业、导航和再入性能。

为何 Artemis II 的意义超越单次任务

初看之下,Artemis II 是一场轨道彩排。但在表层之下,它是现代发射系统与持续人类探索现实之间的接口测试:涉及网络、长途深空飞行中的机组健康、意外材料行为下的热防护,以及多个商业和政府合作伙伴的协同。如果任务成功,它将减少一长串技术未知数,并为 NASA 及其合作伙伴推进载人登陆提供信心。如果它发现了新问题,该机构将拥有硬核的、飞行级别的数据来指导修复。

无论结果如何,这次任务都将决定 Artemis 计划能否从演示阶段走向交付阶段。对于机组人员和地面的工程师来说,Artemis II 是半个多世纪以来,人类再次在远离家园的地方测试硬件和自身——其结果将塑造未来多年开发月球乃至火星的计划。

Sources

James Lawson

James Lawson

Investigative science and tech reporter focusing on AI, space industry and quantum breakthroughs

University College London (UCL) • United Kingdom

Readers

Readers Questions Answered

Q 阿耳忒弥斯2号旨在测试什么,持续时间多久?
A 阿耳忒弥斯2号是一项为期10天的载人试飞任务,旨在月球着陆前对美国国家航空航天局(NASA)的太空发射系统(SLS)和猎户座飞船(Orion)进行深空导航、生命支持、通信和高速再入程序的全面测试。这将是SLS和猎户座飞船的首次载人飞行,最早将于2026年2月发射,绕月飞行后返回地球。
Q 正在评估哪种热防护罩问题,阿耳忒弥斯2号将如何应对?
A 阿耳忒弥斯1号显示猎户座飞船的热防护罩出现了较高程度的碳化和部分材料损失,这与保护层的低渗透性有关,使得截留气体在再入加热过程中导致剥落。阿耳忒弥斯2号吸取了教训,计划通过定制的再入走廊来降低峰值应力,尽管一些批评者警告说,修改再入计划会增加复杂性和风险。
Q 阿耳忒弥斯2号的机组人员是谁,他们将执行哪些关键任务?
A 机组人员包括里德·怀斯曼(指挥官)、维克多·格洛弗(飞行员)、克里斯蒂娜·哈莫克·科赫和杰里米·汉森(任务专家)。他们将操作生命支持、航空电子和通信系统,执行异常处理程序,并对月球地形进行摄影和制图(包括月球背面观测),同时验证未来任务的数据处理和地面通信链路。
Q 阿耳忒弥斯2号中月球自由返回轨道的目的是什么,其安全意义何在?
A 月球自由返回轨道是一项核心安全设计,如果计划中的发动机点火无法执行,它将利用月球引力将猎户座飞船带回地球。它减少了在危险阶段对推进系统的依赖,并为任务规划者提供了时间和选择,同时仍需要可靠的生命支持、通信和功能完备的再入系统。

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