【文/观察者网专栏作者 流纹岩】
近日,知名航天记者Eric Berger在美国科技博客媒体Ars Technica上发表了一篇文章,文章的具体部分我们将在稍后讨论。
众所周知,NASA选择了太空探索技术公司基于“星船-超重”开发用于载人登月的“载人着陆系统”(HLS),但在整个2025年的上半年,“星船”系统遇到了巨大的困难,以至于基于“星船”的HLS系统很可能要到2028年甚至2029年才能准备好。目前授予任何简单两级着陆器合同或是催SpX搞快点都可能没什么用。而NASA航空航天安全咨询小组表示,如果2026年上半年的“星船”试飞不乐观,那么“星船”HLS将无法在2027年开始HLS合同。
IFT-10的圆满成功终于洗刷了“星船”v2在2025年上半年的耻辱
而Eric Berger的这篇文章指出了正在研究的另一个可能的载人登月模式:支持美国人重返月球的HLS将是蓝色起源的“蓝月亮Mk1”(Blue Moon),而不是原定计划的“星船”HLS或是稍晚选择的完全版“蓝月亮”Mk2着陆器。
无论如何,美国的载人登月计划确实是又延迟了,而其掣肘就是载人登月器。那么为什么会有这个问题呢?
一
NASA代局长肖恩·达菲近日宣称美国要在月球计划上击败中国,后者正在谋求2030年代前开展首次载人登月任务。
从1961年启动“阿波罗计划”实现载人登月,且目前拥有全世界最强航天技术和最强空间进入能力的美国,按理来说在月球着陆这个问题上应该没什么困难的。在21世纪早期,美国也没少提重返月球的计划。
其中包括2005年小布什提出的“探索计划”,也就是所谓的星座计划,计划建造Atlair“牵牛座”低温月球着陆器、Orion“猎户座”载人飞船以及用于发射这种载荷的Ares V、Ares I火箭。计划由一发重型Ares V发射牵牛座飞船至近地轨道,再发射一发Ares I将载人飞船送入绕地轨道,随后交会对接并飞往月球。
作为一种着重前往月球极地的着陆器,牵牛座并未采用类似阿波罗月球着陆器的常温发动机,而是开发了一款基于RL-10发动机改造的、具备10%-100%深度变推力能力的“深度节流通用可扩展低温发动机”(CECE),并在实验中达到了10%-100%的变推比。虽然“牵牛座”登月舱仍然是一次性的,但其具备扩展能力,可以运输货物等。
“牵牛座”LSAM概念图
星座计划的宏大构想虽然十分诱人,但完全从零开始的计划带来了巨大的财政和经济压力。其全新的10米箭体和6台RS-68B发动机的过热问题直到项目结束都未能完全解决。2010年,星座计划下马。2000年代末提出的DIRECT 2.0计划则直接使用航天飞机的遗产改造为Jupiter 232火箭,通过地球轨道集合模式开展载人登月。而在2009年的DIRECT 3.0计划中研究了使用航天飞机主发动机SSME取代烧蚀冷却的RS-68发动机的想法。
最终,这些概念转化为了一款类似航天飞机但又不完全继承航天飞机的火箭——“太空发射系统”(SLS)。SLS采用类似航天飞机外贮箱的8.4米直径并安装4台SSME发动机。但其承包商、制造/总装方式和结构材料都有所改变,因此并不能说SLS火箭是航天飞机的遗产。不过它所使用的SSME发动机和五段式固体火箭助推器(RSRMV)均直接来自于航天飞机遗产。虽然产量拖沓、准备缓慢、成本高昂,但SLS火箭和猎户座飞船于2021年完成了自己成功的首飞。虽然仍然存在一点小问题,但已经得到了解决。
不过目前来看,登月舱,或者说“载人着陆系统”遇到了问题。
我们都知道,Artemis计划的重点是月球南极,其配套的Gateway“门户”空间站也采用了能更方便到达南极地区的近直线Halo轨道(NRHO)。讲道理,NRHO确实适合部署月球轨道空间站,因为其三体引力控制下的大椭圆轨道允许登月舱在远点通过很小的一次点火就大幅调整轨道面,这几乎允许从月球表面任何地区发射的航天器进入类似NRHO的轨道,并最终和空间站进行交会。而返回窗口也多于绕月低轨道。实际上,从地月转移轨道进出NRHO加起来只需要1000m/s的速度增量,这就决定猎户座并不需要大量的速度增量。
为了给欧洲分一杯羹,NASA将猎户座飞船的推进模块交由欧洲开发,而欧洲空间局使用了ATV这一低轨货运飞船的推进系统进行改进,导致了猎户座飞船现在只有1250m/s的速度增量,只能进出NRHO并和Gateway对接。作为对比,阿波罗采用的月球轨道交会方案中,其指令舱-服务舱飞船具备超过2300m/s的速度增量,负责顶着月球轨道模块直接进入绕月低轨道。
这并不是个坏事,但它最大的问题是增加了HLS的复杂度。相比于阿波罗月球着陆器只需要从LLO降下去,再起飞,HLS需要先到达NRHO,和Gateway交会对接,然后载着宇航员从NRHO下降至绕月低轨道,再从绕月低轨道下降至月球表面。起飞后也要从绕月低轨道多推一把进入NRHO,再和Gateway对接。这无疑增加了HLS的负担。
不过对于美国来说,这又算什么问题呢对吧,不就是多一点燃料量和发射质量吗,美国有猎鹰9、重型猎鹰、新格伦、火神,不惜代价一点还有SLS Blk1B和SLS Blk2,打个重一点的着陆器又有什么问题呢?
受到各种商业化浪潮的影响,NASA也没有选择自己负责采购着陆器,而是采用商业模式采购HLS。NASA认为商业采购可以减少所需的资金,此外也可以降低政治成本,商业公司可以在较低关注度下使用更新颖的技术,而不至于使NASA被追责等。
2019年10月25日,NASA发布了HLS系统的招标。在截止日期11月5日之前,五家公司提交了招标。在把波音依靠SLS Blk1B而不需要使用Gateway的两级着陆器和Vivace的两级着陆器排除后,以蓝色起源领导,洛马、诺格和Draper组成的“国家队”,Dynetics领导的“小企业队”和SpX基于“星船-超重”开发的三款着陆器进入三选二竞标。
波音HLS
Vivace的着陆器方案,类似牵牛座