重返月球 “美”梦难圆|月球_新浪财经

转自：光明日报

工程师们在佛罗里达州肯尼迪航天中心连接“猎户座”飞船的指令舱和服务舱。

“猎户座”飞船在佛罗里达州肯尼迪航天中心进行测试。

2024年7月，太空发射系统（SLS）火箭的核心级从组装厂运抵佛罗里达州肯尼迪航天中心。

美国曾在50多年前实现过人类的首次登月，为何如今重返月球的计划进行得如此艰难？

1.困难重重

1972年，当“阿波罗”17号的宇航员从月球返回时，他们不会预料到，在接下来的50多年里，他们将成为最后一批踏足月球的美国人。尽管美国近几任总统都曾提出过月球探测计划，但自那以后，美国宇航员再也没进入过地球轨道以外的深空。如今，美国航空航天局（NASA）终于计划在2025年秋季执行“阿尔忒弥斯”二号飞行任务，重新将人类送回月球。但这项计划进行得如此艰难，这是为什么？

新任务“阿尔忒弥斯”二号在某些方面与1968年的“阿波罗”8号飞行任务非常相似。当时，三名宇航员绕月飞行后未着陆，直接返回地球。“阿尔忒弥斯”二号任务则计划将四名宇航员送入月球轨道，进行为期10天的飞行，这也是美国航空航天局新型太空发射系统（SLS）火箭和“猎户座”飞船的首次载人测试。尽管美国有数十年的技术进步积累，但此次任务依然与上世纪中期探月任务有一个共同点——它仍是一项极其艰难的挑战。

选择去做“不是因为它们容易，而是因为它们困难”，这是肯尼迪总统在1962年演讲中提出的一部分理由，旨在激发公众对阿波罗计划的支持。这一理由在当时成立，如今依然适用——事实上，如今的登月任务可能比几十年前更加艰巨。

美国航空航天局的阿尔忒弥斯计划一直受到长期延误、成本超支和各种意外问题的困扰。这项太空计划与许多地面项目（例如地铁升级和公路建设）有相似之处，它们如今似乎都要比过去花费更长时间，并且成本更高。现在建设大工程真的更困难吗？为什么重复美国半个多世纪前完成的登月项目，会变得如此耗时？

2.山重水复

阿尔忒弥斯计划的下一步基本上是“阿波罗”8号任务的重现，但该计划的目标远不止于月球。“阿尔忒弥斯”二号任务的负责人马修·拉姆齐表示：“我们的最终目标是火星，但抵达火星并在火星上生存是极为困难的，因此我们会将目标分解成一系列的小步骤逐步实现。”

这项计划的首次任务——“阿尔忒弥斯”一号于2022年成功将一艘无人驾驶的航天器送往月球轨道，绕月飞行后返回地球。在完成“阿尔忒弥斯”二号任务后，计划的第三至第六阶段将把宇航员送上月球，并开始搭建“月球门户”——一个绕月运行的空间站。后续任务也会专注于在月球表面建立可居住的基地。

阿尔忒弥斯计划在刚刚启动时就已经面临长期延误等诸多严重的问题，最近美国航空航天局监察长办公室发布的审计报告详细地列出了这些问题。首先，预计到2025年，该计划总耗资将高达930亿美元，超出原定预算数十亿美元。其次，“阿尔忒弥斯”一号任务揭示了“执行‘阿尔忒弥斯’二号任务，将宇航员送上月球之前，亟须解决的关键问题”。根据审计报告，“猎户座”航空舱的隔热罩出现故障，且与工程师预测并不相符，其具体原因尚未查明。此外，飞船上的螺栓也出现了“意外的熔化和腐蚀”，而且电力系统也出现了异常，这可能导致未来宇航员在任务中面临能源与储备不足的风险，甚至可能出现推进力或压力不足的情况。

报告指出，这些“异常”——航天领域用来描述重大问题的术语——“对宇航员的安全构成了重大风险”。此外，该项目还面临着硬件、数据和通信方面的挑战。更糟糕的是，监察长发现，最初的发射对系统造成了意想不到的损坏，导致修复费用逾2600万美元，远超团队的前期预算。这些问题层层叠加，而且耗资巨大。考虑到20世纪60年代的任务完成了多项“人类首次实现”的突破，阿尔忒弥斯计划能超越“前辈”的突破已经不算很多了。

3.竞赛还是合作

美国曾在20世纪成功登月，如今重返月球却显得如此艰难，这不禁让人感到奇怪。但事实是目前的情况与过去截然不同。正如美国乔治·华盛顿大学空间政策研究所的所长斯科特·佩斯所说：“世界环境已经发生了巨大的变化。”美国现在参与的不再是一场攸关生存的太空竞赛——当年的竞赛是为了在苏联之前成为第一个征服地外空间的国家。按照当时的想法，这种“软实力”不仅能够证明美国制度的优越性，也可以用导弹式火箭暗示其军事“硬实力”的主导地位。鉴于这些重大利害关系，美国政府当时愿意在短时间内为阿波罗计划投入巨额资金。

阿尔忒弥斯计划虽成本高昂，但相比之下，阿波罗计划的花费是更为惊人的天文数字：根据行星科学学会的数据，阿波罗计划的成本相当于今天的2900亿美元，而阿尔忒弥斯计划的预算为930亿美元。在阿波罗计划时代，美国航空航天局一度能获得国家预算的4%。而如今，其预算仅占大约1%，并且还需要承担其他航天器、望远镜及载人航天飞行之外众多科学研究项目的资金需求。

根据乔治·华盛顿大学名誉教授、太空政策研究所创始人约翰·洛格斯登的说法，削减预算是合理的。他指出：“没有理由像战争时期那样花费巨额资金。现在没有任何国家利益或政治利益来支撑如此规模的任务。”

这些影响因素导致了可用资金的缩减，使太空任务的规划变得更加曲折。在20世纪60年代，肯尼迪总统宣布美国将在十年内登上月球，美国最终完成了这一目标。然而在如今这个时代，由一位总统制定的太空飞行计划常常会被另一位总统取消，然后再以另一种形式重新提出。因此，通往月球（以及更远的目的地）的轨迹也变得曲折不定。

佩斯指出，世界秩序也发生了变化，现代的太空任务往往是全球合作的结果。阿尔忒弥斯计划是日本、加拿大、阿联酋和欧洲空间局（ESA）的合作项目。而这种国际合作其实是该计划的一个重要组成部分。佩斯表示：“阿尔忒弥斯计划不仅承载着科学目标，比如重返月球，更是‘塑造国际太空环境’的一种方式。”在21世纪，这种塑造比20世纪60年代更加重要，那时人类对地球轨道上的基础设施依赖较少。但如今，轨道飞行器支持着从GPS功能到导弹预警，再到银行业务等多种应用。与其他国家进行合作，并建立行为准则，可以促使这些国家以负责任的态度对待太空，这有助于“维护太空的安全”。佩斯说：“规则是由那些参与其中的人制定的。”

这个目标比赢得一场竞赛要模糊得多。洛格斯登说：“如果有明确的动机，事情会变得简单得多。”然而，与其他国家合作——其中一些国家为阿尔忒弥斯任务制造硬件——所需的时间比单独行动要长，正如做团队项目通常比一个人熬夜完成更累一样。根据美国航空航天局监察长的报告，该计划的全球合作性也增加了成本，而美国航空航天局也没有针对所有合作伙伴制定总体战略。

但在佩斯看来，这些因素都不是重返月球的主要障碍。最大的挑战在于，尽管美国曾经成功登月，但最近并没有到访过月球。他表示：“我们停下来了，然后就忘记了。”他将登月比作一场奥运马拉松：在50年前跑过奥运马拉松，并不意味着你明天就能再次轻松完赛。

4.再跑马拉松

在阿尔忒弥斯任务中，这场“马拉松”还涉及新开发的复杂技术。尽管火箭的基本原理并没有太大变化：火箭本质上仍然是推动物体进入太空的“炸弹”。许多参与者也依然是熟悉的面孔。美国波音公司曾参与阿波罗任务“土星”五号火箭的研发。而在阿尔忒弥斯任务中，波音公司设计并制造了SLS火箭的核心级，这一巨大的装置高达64米，直径近8.5米，为发动机提供燃料，推动SLS离开地面，并通过波音公司开发的飞行电子系统，确保火箭朝着正确的方向飞行。此外，波音公司还负责后续阿尔忒弥斯任务的上级火箭，这些火箭将助推飞船精准地飞入地球上空的轨道。然而，波音公司目前正因其飞机制造的质量控制问题，以及星际客机导致两位宇航员滞留国际空间站（ISS）而备受争议。

波音公司现在的技术与早期用在“土星”五号火箭的技术相比，存在显著的差异。这次，他们采用了计算机控制的加工技术来制造火箭级段，并引入了一种不会导致金属熔化或变形的摩擦焊接技术。此外，波音公司还利用计算机实时分析并监控火箭级段的状态和运行情况，这在阿波罗时代是根本无法实现的。

与此同时，美国军工生产商诺斯罗普·格鲁曼公司负责火箭助推器的制造，这些助推器被固定在核心级的两侧，在发射时为太空发射系统提供超过75%的推力。助推器的大部分工程设计源自航天飞机项目，某些硬件甚至曾在航天飞机任务中使用过。这些助推器与导弹一样，使用固体燃料，而非液体燃料。

然而，阿尔忒弥斯计划使用的硬件设备多源于过去的太空发射任务，让这项计划显得有些拼凑。例如，太空发射系统最初是为星座计划设计的，该计划由乔治·W.布什政府提出，旨在完成国际空间站的建造并重新开启人类在月球上的活动。美国国会要求该火箭必须重用当时已经停用的航天飞机技术。然而，奥巴马在2010年取消了星座计划。到了2017年，特朗普又启动了阿尔忒弥斯计划，最终目标是将人类再次送上月球，并为探索火星铺平道路。新的计划再次要求美国航空航天局使用为星座计划开发的一部分技术，而这些技术本身又源自对旧的航天飞机技术的改造。这些要求主要来自那些代表制造航天飞机零件地区的议员。然而，技术的沿用与改造过程异常困难。根据美国航空航天局监察长的一份报告，将这些火箭部件现代化——例如，替换石棉部件并对新火箭系统进行改造，耗费的成本就已经远超预期了。

航空航天公司Aerojet Rocketdyne负责制造发动机，与改造火箭助推器的任务相似，改造旧航天飞机的发动机以适用于阿尔忒弥斯任务既困难又昂贵。SLS火箭远高于航天飞机，尺寸加长就需要调整发动机，以应对更高压力下流入的氧气。此外，SLS发动机的位置比航天飞机更接近助推器。“这是一个极端的高温环境，”发动机项目主管迈克·劳尔表示，因此需要采取极端的隔热措施。

阿尔忒弥斯任务的发动机在前往月球（以及未来前往火星）的过程中，将面临比航天飞机轨道更强的辐射环境。为应对这一变化，工程师调整了每一个发动机内部的计算机——劳尔称它们为发动机的“大脑”。这些“大脑”也需要替换为现代版本，因为与20世纪90年代相比，计算机技术已经发生了显著变化。这些改进后的“大脑”能够监控发动机的运行状态——甚至在灾难即将发生时进行干预。劳尔表示：“有时我们可以采取措施来纠正问题或者挽救任务，在最糟糕的情况下，比如发动机即将爆炸前将发动机关闭。”而在阿波罗计划时期，工程师还无法快速获取故障信息，并及时干预解决。如今，宇航员依旧是乘坐“炸弹”飞行，但劳尔表示，“我们能无比精确地监控这颗‘炸弹’的状态。”

改造过程非常具有挑战性，尤其是许多曾参与航天飞机项目的人已经不再从事相关零部件制造，因此需要寻找新的供应商。最终的结论是：有时候设计并建造一座你想要的房子，比翻新一座存在诸多问题的旧房子要容易得多。

5.权衡风险与回报

在20世纪60年代，美国航空航天局把宇航员送上太空时，曾形容太空旅行与乘坐“炸弹”无异。如今，美国航空航天局对待宇航员的态度比当时要温和得多，美国航空航天制造商洛克希德·马丁公司制造的“猎户座”飞船的设计充分展现了这一点。

布莱恩·布朗是“猎户座”飞船机械系统的负责人，他和团队详细计算了这些系统可能承受的各种极端条件，包括高温和极高的重力加速度等，以确保设计能够承受比预期更高的极限条件。在对航天器进行精细调整的同时，工程师团队也继续对“猎户座”飞船的材料以及太空舱在飞行过程中承受的压力进行详细模拟，深入分析潜在的弱点，这是20世纪60年代的计算工具无法实现的。此外，他们还会用X射线检查焊接点和隔热罩的组成模块，以确保航天器在重返大气层时不会烧毁。和火箭研发团队一样，“猎户座”飞船团队将获得比以往更多的飞行数据，并具备更强的通信能力。

布朗表示：“我们对航天器的理解远超阿波罗时代的工程师。”然而，意外情况仍然会发生。比如，尽管经过了先进的计算机模拟，“猎户座”飞船的隔热罩在首次重返大气层时，还是出现了部分脱落的情况。这表明，即便拥有如今超强的算力，依然无法保证万无一失。阿波罗时期显然没有这样的分析工具。然而，一旦具备了这些预测能力，工程师几乎就承担了一种道德义务，他们必须使用这些工具来精确掌握宇航员将面临的种种风险。

美国约翰·霍普金斯大学的生物伦理学家杰弗里·卡恩指出，自太空竞赛以来，社会对风险的态度已然发生变化。卡恩曾参与美国国家科学院的独立研究小组，负责分析与宇航员生命相关的伦理问题，探讨哪些风险值得承担。但在20世纪60年代，这种成本效益的计算得出了截然不同的结论。当时，赢得这场太空竞赛虽被视为高风险，但也潜藏着巨大的回报，值得一试。然而，如今的任务动机显得更加模糊，风险仍然存在，但不再像过去那么极端，而与之相伴的回报也不足以证明值得承担如此大的风险。

由于当时空间探索是一个全新的领域，那个时代的当权者还不了解我们现在已知的一些风险。因此，宇航员的选拔标准依然沿用旧有的“优秀人才”的标准。卡恩表示，除了担任试飞员以外，“宇航员还要会骑摩托车，驾驶速度更快的汽车。”然而，如今各种各样的人出于更多元的理由进入太空。“宇航员也不再被视作某种独立的特殊群体，”佩斯分析道。或许正是由于失去这种特殊性，我们更加珍视他们的生命，就像珍视我们自己的生命一样。

如果真的出了什么问题，公众对这种假设性事故的反应，可能会比1967年“阿波罗”1号任务三名宇航员命丧火灾更加激烈。那场悲剧发生之后，几乎没有人呼吁取消任务，甚至连推迟任务的呼声都很少。洛格斯登指出，如今阿尔忒弥斯计划可能没有足够的政治支持来渡过宇航员伤亡的难关。因此，“阿尔忒弥斯”二号及之后的任务必须尽可能做到万无一失，这样项目才有继续顺利推进的可能。

6.延误是常态

现如今，重返月球并不是唯一一个受到延误和预算超支困扰的项目。许多大规模项目都随着时间的推移变得更加困难，且成本高昂。例如，美国纽约市最初的地铁系统在短短四年内就建设完成28个站点；而2017年施工完成的一个新地铁线路只拥有3个站点，耗时却长达17年。在20世纪40年代，科学家从零开始，仅用了3年就研发出了核武器，成本花费大致相当于今天的350亿美元；而目前的核武器现代化计划预计需要至少30年，耗费超过1.5万亿美元。第二次世界大战末期，美国每个月就能建造一艘航空母舰，但最新一艘航空母舰的建造耗时却超过了10年。

高速公路建设的延误和巨额开销是美国乔治·华盛顿大学特拉赫滕贝格公共政策与公共行政学院的教授利娅·布鲁克斯的研究领域。她通过研究发现，征求公民对项目的意见——这是如今美国许多大型政府项目的必要程序——是造成道路建设相关问题的主要原因之一，这种意见征求通常是项目启动前必须进行的环境评估的一部分。布鲁克斯称为“公民声音”的考量，可能导致选择更昂贵的路线，这些路线对环境的负面影响相对较小，或对公民生活的干扰较少，但也可能需要额外的辅助性基础设施，例如隔音墙等。在过去，决策者并不需要征求每位公民的意见（也不怎么关注环境影响）。布鲁克斯提到，以美国田纳西河谷管理局为例，这个机构成立于20世纪30年代，负责修建水坝以减少洪水并利用水力发电。“他们不征求任何人的意见，只是去建造。”她说道。当年肯尼迪决定登月时，也没有向美国公众逐一征询意见。

布鲁克斯的研究结果可能适用于任何涉及环境影响报告的项目——该报告是一份说明项目对自然环境影响后果的文件，并要求有一个公开的意见征集期。之前的星座计划也有一份这样的文件，该计划的环境影响报告被重新用于美国航空航天局的“后航天飞机载人飞行计划”。

在布鲁克斯看来，过去和现在最大的区别可能是我们现在建造的东西质量更好，尽管成本更为高昂，且耗时更长，事实也确实如此。虽然这一点可能不适用于家用电器，但对于高速公路的降噪屏障，甚至对于航天器的建造而言，这种提升都是真实存在的。对阿尔忒弥斯计划而言，拥有更强大的火箭系统，征询公众意见，确保宇航员的生命安全，以及与全球合作伙伴之间的协作，可能对世界更有益处——即便这并不会带来更高的效率。洛格斯登表示，现如今很少有人反对阿尔忒弥斯计划。而相比之下，阿波罗计划在当时其实并未真正获得广泛的公众支持。1961年，反对美国政府资助登月计划的人多于支持者。到1965年，反对的声音进一步增加，而根据美国航空航天局前首席历史学家罗杰·劳尼厄斯的说法，到了1967年，支持与反对人数之间的差距几乎扩大到近20%。

（作者：萨拉·斯科尔斯）