50多年前，美国实现了人类首次登陆月球。为什么现在重返月球的计划如此困难？
1、困难多
1972年，当阿波罗17号宇航员从月球返回时，他们无法预料到，50多年来，他们将成为最后一批踏上月球的美国人。尽管近几届美国总统都提出了月球探索计划，但自那以后，美国宇航员从未进入过地球轨道以外的深空。现在，NASA最终计划在2025年秋季启动阿耳忒弥斯2号任务，让人类重返月球。但为什么这个项目这么难呢？
新任务 Artemis 2 在某些方面与 1968 年阿波罗 8 号任务非常相似。当时，三名宇航员绕月飞行，没有着陆直接返回地球。 “阿耳忒弥斯”2号任务计划将四名宇航员送入月球轨道，进行为期10天的飞行。这也是美国宇航局新型太空发射系统（SLS）火箭和“猎户座”飞船的首次发射。人们测试。尽管美国的技术取得了数十年的进步，但这项任务与 20 世纪中叶的探月任务仍然有一个共同点——它仍然是一项极其艰巨的挑战。
选择做某事“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 年旨在激发公众对阿波罗计划支持的演讲中给出的部分理由。这个理由在当时是正确的，在今天仍然是正确的——事实上，今天的登月任务可能比几十年前更令人畏惧。
美国宇航局的阿尔忒弥斯计划一直受到长期延误、成本超支和各种意想不到的问题的困扰。该太空计划与许多地面项目有相似之处，例如地铁升级和道路建设，这些项目现在似乎比过去花费更长的时间和更高的成本。现在建设大项目真的更难了吗？为什么重复美国半个多世纪前完成的登月工程变得如此耗时？
佛罗里达州肯尼迪航天中心的工程师正在连接猎户座航天器的命令和服务模块。
2、翻山越岭
阿耳忒弥斯计划的下一步本质上是阿波罗 8 号任务的重现，但该计划的目标远远超出了月球。阿耳忒弥斯 2 号任务经理马修·拉姆齐 (Matthew Ramsay) 表示：“我们的最终目标是火星，但到达火星并在火星上生存极其困难，因此我们会将目标分解为一系列更小的组成部分。逐步落实。”
该计划的首个任务“阿耳忒弥斯1号”于2022年成功将无人飞船送入月球轨道，绕月飞行并返回地球。完成阿耳忒弥斯2号任务后，计划的第三至第六阶段将把宇航员送上月球，并开始建造“月球门户”——绕月运行的空间站。后续任务还将重点关注在月球表面建立宜居基地。
阿耳忒弥斯计划在刚开始时就已经面临长期拖延和许多其他严重问题，美国宇航局监察长办公室最近发布的一份审计报告详细列出了这些问题。首先，预计到2025年该计划将耗资总计930亿美元，超出原预算数十亿美元。其次，“阿耳忒弥斯”1号任务揭示了“执行‘阿耳忒弥斯’2号任务、将宇航员送上月球之前急需解决的关键问题”。审计报告显示，“猎户座”航空舱的隔热板失效，与工程师的预测不符。具体原因尚未确定。此外，飞船上的螺栓也出现了“意外熔化和腐蚀”，动力系统也出现了异常，这可能导致未来宇航员在执行任务时面临能量和储备不足的风险，甚至可能遭遇推进或压力不足的情况。情况。
报告指出，这些“异常”——航天工业中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外损坏，导致修复费用超过 2600 万美元，远远超出了团队最初的预算。这些问题相互叠加，成本高昂。考虑到1960年代的任务完成了许多“人类首次实现”的突破，阿耳忒弥斯计划能够超越其“前辈”的突破并不多。
猎户座航天器正在佛罗里达州肯尼迪航天中心接受测试。
3、竞争还是合作？
美国在20世纪就成功登陆月球，但现在重返月球似乎如此困难，这让人疑惑。但事实是，现在的情况与过去有很大不同。正如乔治华盛顿大学太空政策研究所所长斯科特·佩斯所说：“世界环境已经发生了巨大变化。”美国不再参与一场事关生存的太空竞赛——当时的竞赛是要成为第一个在苏联之前征服外太空的国家。按照当时的思路，这种“软实力”不仅可以证明美国体系的优越性，还可以用导弹型火箭暗示其军事“硬实力”的主导地位。鉴于这些高风险，美国政府愿意在短时间内向阿波罗计划投入巨额资金。
虽然阿耳忒弥斯计划耗资巨大，但相比之下，阿波罗计划的成本更加天文数字：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，而阿波罗计划的成本则更加惊人。相当于今天的 2900 亿美元。 Themis 计划的预算为 930 亿美元。阿波罗计划时期，NASA 曾获得国家预算的 4%。如今，它只占预算的1%左右，除了载人航天飞行外，还需要资助其他航天器、望远镜和众多的科学研究项目。
乔治华盛顿大学名誉教授、太空政策研究所创始人约翰·洛格斯登表示，预算削减是合理的。他指出：“没有理由像战争期间那样花费巨额资金。现在没有国家利益或政治利益来支持如此规模的任务。”
这些因素减少了可用资金，并使太空任务规划变得更加曲折。 20世纪60年代，肯尼迪总统宣布美国将在十年内登陆月球，美国最终实现了这一目标。然而在当今时代，一位总统制定的太空飞行计划经常被另一位总统取消，然后以另一种形式重新推出。结果，通往月球（以及更远的目的地）的道路变得不稳定。
佩斯指出，世界秩序也发生了变化，现代太空任务往往是全球合作的结果。阿耳忒弥斯计划是日本、加拿大、阿拉伯联合酋长国和欧洲航天局 (ESA) 之间的合作项目。而这种国际合作其实也是该计划的重要组成部分。佩斯表示：“阿耳忒弥斯计划不仅承载着重返月球等科学目标，也是‘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年代更为重要，即届时，人类对地球轨道基础设施的依赖将会减少。但如今，轨道飞行器支持的应用范围从 GPS 功能到导弹警告再到银行业务。与其他国家合作，建立行为准则，可以鼓励这些国家负责任地对待太空，这将有助于“维护太空安全”。 “规则是由参与者制定的，”佩斯说。
这个目标比赢得一场比赛更加模糊。 “如果有明确的动机，事情就会容易得多，”洛格斯登说。然而，与其他国家合作——其中一些国家正在为阿耳忒弥斯任务建造硬件——比单独行动需要更长的时间。时间要长，就像团队项目的工作通常比独自熬夜完成它更累一样。根据美国宇航局监察长报告，该计划的全球协作性质也增加了成本，而且美国宇航局没有为所有合作伙伴制定总体战略。
但在佩斯看来，这些因素并不是重返月球的主要障碍。最大的挑战是，美国虽然已经成功登陆月球，但最近却没有登陆月球。 “我们停下来，然后就忘记了，”他将登月与奥运会马拉松进行了比较：仅仅因为你在 50 年前跑过奥运会马拉松，并不意味着你明天就能轻松地再次完成它。
2024 年 7 月，太空发射系统（SLS）火箭的核心级从佛罗里达州肯尼迪航天中心的装配厂运抵。
4.再跑一次马拉松
在阿耳忒弥斯任务中，这场马拉松还涉及新开发的复杂技术。不过，火箭的基本原理并没有太大变化：火箭本质上仍然是将物体推入太空的“炸弹”。许多参与者也仍然是熟悉的面孔。美国波音公司参与了用于阿波罗任务的土星五号火箭的开发。为了执行阿耳忒弥斯任务，波音公司设计并制造了 SLS 火箭的核心级。这个巨大的装置高64米，直径近8.5米。它为发动机提供燃料并推动 SLS 离开地面。它是由波音公司开发的飞行电子系统，确保火箭朝正确的方向飞行。此外，波音公司还负责后续阿尔忒弥斯任务的上级火箭，这将推动航天器进入地球上空的精确轨道。然而，波音公司目前正面临着飞机制造质量控制问题以及导致两名宇航员滞留在国际空间站（ISS）的星际客机飞行的争议。
波音公司目前的技术与早期土星五号火箭所使用的技术存在显着差异。这次，他们使用计算机控制的加工技术来建造火箭级，并引入了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和监控火箭级的状态和运行情况，这在阿波罗时代根本不可能实现。
同时，美国军工制造商诺斯罗普·格鲁曼公司负责火箭助推器的制造。这些助推器固定在核心级两侧，在发射过程中为航天发射系统提供75%以上的电力。推力。助推器的大部分工程设计源自航天飞机计划，其中一些硬件甚至用于航天飞机任务。这些助推器与导弹一样，使用固体燃料而不是液体燃料。
然而，阿耳忒弥斯计划中使用的大部分硬件都来自过去的太空发射任务，使得该计划显得有些东拼西凑。例如，太空发射系统最初是为星座计划而设计的，该计划是乔治·W·布什政府提出的，旨在完成国际空间站的建设并重启人类在月球上的活动。美国国会要求火箭必须重新利用当时已经停产的航天飞机技术。然而，奥巴马在2010年取消了星座计划。2017年，特朗普启动了阿尔忒弥斯计划，最终目标是将人类再次送上月球，为探索火星铺平道路。新计划再次要求美国宇航局使用为星座计划开发的一些技术，该计划本身源自对旧航天飞机技术的修改。这些请求主要来自代表航天飞机零件制造地区的立法者。然而，技术采用和转化的过程却极其困难。根据美国宇航局监察长的一份报告，对这些火箭部件进行现代化改造——例如更换石棉部件和改装新的火箭系统——的成本已经远远超出预期。
航空航天公司 Aerojet Rocketdyne 负责制造发动机。与改装火箭助推器的任务类似，为阿耳忒弥斯任务改装旧航天飞机发动机既困难又昂贵。 SLS火箭比航天飞机高得多，增加的尺寸需要对发动机进行调整，以应对更高压力下氧气的流入。此外，SLS 发动机比航天飞机更靠近助推器。 “这是一个极端高温环境，”发动机项目总监迈克劳尔说，因此需要极端的隔热措施。
阿耳忒弥斯任务的发动机在登月之旅（以及未来的火星之旅）期间将面临比航天飞机轨道更强的辐射环境。为了应对这一变化，工程师们对每个引擎内部的计算机进行了调整——劳尔将其称为引擎的“大脑”。这些“大脑”也需要更换为现代版本，因为计算机技术与 20 世纪 90 年代相比已经发生了显着变化。这些改进的“大脑”可以监控发动机的运行状态——甚至在灾难迫近时进行干预。劳尔说：“有时，在最坏的情况下，我们可以采取措施纠正问题或挽救任务，例如在爆炸之前关闭发动机。”阿波罗计划期间，工程师无法快速获取故障信息并及时干预解决问题。如今，宇航员仍然乘坐“炸弹”飞行，但劳尔表示，“我们可以以极高的精度监测这颗‘炸弹’的状态。”
改造过程非常具有挑战性，特别是因为许多参与航天飞机计划的人员不再参与制造部件，因此需要寻找新的供应商。底线：有时设计和建造你想要的房子比翻修一栋有所有问题的旧房子更容易。
5. 权衡风险与回报
20世纪60年代，当NASA将宇航员送入太空时，它将太空旅行描述为乘坐“炸弹”。如今，美国宇航局对宇航员的态度比当时要温和得多，由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得到了充分展示。
布莱恩·布朗是猎户座飞船机械系统的负责人。他和他的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，以确保设计能够承受高于预期的极限条件。在对航天器进行微调的同时，工程师团队继续对猎户座的材料和太空舱在飞行过程中承受的压力进行详细模拟，深入挖掘潜在的弱点——这是 20 世纪 60 年代的计算工具。无法实现的。此外，他们还将使用X射线检查焊接点和隔热罩的部件，以确保航天器在重新进入大气层时不会烧毁。与火箭开发团队一样，猎户座飞船团队将比以往获得更多的飞行数据和更强的通信能力。
“我们比阿波罗时代的工程师更了解航天器，”布朗说。然而，意想不到的事情还是发生了。例如，尽管有先进的计算机模拟，猎户座航天器的隔热罩在第一次重返大气层时还是部分脱落。这说明即使拥有今天的超级计算能力，仍然不能保证万无一失。在阿波罗时期显然不存在这样的分析工具。然而，一旦这些预测能力可用，工程师几乎有道德义务使用这些工具来准确了解宇航员将面临的风险。
美国约翰·霍普金斯大学生物伦理学家杰弗里·卡恩指出，自太空竞赛以来，社会对风险的态度发生了变化。卡恩曾在美国国家科学院的一个独立研究小组任职，负责分析与宇航员生命相关的伦理问题，并探索哪些风险值得冒。但在 20 世纪 60 年代，这种成本效益计算得出了截然不同的结论。当时，赢得太空竞赛被认为风险很高，但潜在的巨大回报值得尝试。然而，今天的任务动机显得更加模糊，风险仍然存在，但不像过去那么极端，而且随之而来的回报也不足以证明冒如此大的风险是合理的。
由于太空探索在当时是一个新领域，当时的当权者还没有意识到我们现在所知道的一些风险。因此，宇航员的选拔标准仍然沿用旧有的“杰出人才”标准。卡恩说，除了担任试飞员之外，“宇航员还骑摩托车和驾驶更快的汽车”。然而如今，各种各样的人出于更加多样化的原因进入太空。 “宇航员不再被视为一个单独的群体，”佩斯说。也许正是失去了这种特殊性，才让我们更加珍惜他们的生命，就像我们珍惜自己的生命一样。
如果确实出了问题，公众对这种假设的事故的反应可能会比 1967 年阿波罗 1 号任务中导致三名宇航员丧生的火灾更加强烈。在那场悲剧发生后，几乎没有人呼吁取消这次任务，推迟它的人就更少了。洛格斯登指出，如今阿耳忒弥斯计划可能没有足够的政治支持来应对宇航员伤亡。因此，“阿耳忒弥斯”2号及后续任务必须尽可能万无一失，这样项目才能继续顺利推进。
6. 延误是常态
重返月球并不是目前唯一一个受到延误和预算超支困扰的项目。随着时间的推移，许多大型项目变得更加困难和昂贵。例如，美国纽约市最初的地铁系统仅用了四年时间就建成了28个车站；而2017年建成的一条新地铁线只有三个车站，耗时17年。 20世纪40年代，科学家白手起家，仅用三年时间就研制出了核武器，其成本大约相当于今天的350亿美元；目前的核武器现代化计划预计至少需要30年时间，耗资超过1.5万亿美元。美元。二战末期，美国每月可以建造一艘航母，但最新一艘航母的建造却花费了10多年的时间。
高速公路建设的延误和巨额成本是乔治华盛顿大学特拉亨伯格公共政策与公共管理学院教授利亚布鲁克斯的研究领域。通过研究，她发现征求公民对项目的意见（这是当今美国许多大型政府项目的必需过程）是导致道路建设相关问题的主要原因之一，通常在项目开始之前就需要征求意见。环境评价的一部分。布鲁克斯所说的“公民声音”的考虑可能会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小，但也可能需要额外的配套基础设施，例如隔音墙等。在过去，政策制定者不需要咨询每个公民（并且不太关心环境影响）。布鲁克斯以美国田纳西河谷管理局为例，该管理局成立于 1930 年代，旨在修建水坝以减少洪水并利用水力发电。 “他们没有征求任何人的意见，他们只是建造了它，”她说。当肯尼迪决定登月时，他并没有一一征求美国公众的意见。
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——一份描述项目对自然环境影响的后果的文件，并需要公众评议期。之前的星座计划也有这样的文件，其环境影响报告被重新用于美国宇航局后航天飞机载人飞行计划。
布鲁克斯认为，当时和现在最大的区别可能是我们现在建造的东西更好，尽管更昂贵并且需要更长的时间，事实确实如此。虽然这可能不适用于家用电器，但这种改进对于高速公路上的降噪屏障甚至航天器的建造来说是真实的。对于阿尔忒弥斯计划来说，拥有更强大的火箭系统、寻求公众意见、确保宇航员的安全以及与全球合作伙伴合作可能对世界更好——即使它不会带来更高的效率。洛格斯登说，如今，很少有人反对阿耳忒弥斯。相比之下，阿波罗计划当时并没有真正获得公众的广泛支持。 1961年，美国政府资助登月计划的反对者多于支持者。到 1965 年，反对派进一步壮大，据美国宇航局前首席历史学家罗杰·劳尼乌斯 (Roger Launius) 称，到 1967 年，支持与反对之间的差距已扩大到近 20%。
《光明日报》（2024年12月26日第14页）
