美國國家航空航天局（NASA）計(jì)劃在月球軌道建造新一代載人空間站，這就是月門計(jì)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，這樣他們能夠長時(shí)間在遠(yuǎn)離地球的太空進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)；支持月面任務(wù)；甚至完成遙控機(jī)器人等遠(yuǎn)程工作。
本文介紹了月門計(jì)劃的歷史和主要組成部分，以及未來可能的用途。目前 NASA 計(jì)劃在本世紀(jì) 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(jì)劃。阿爾忒彌斯原定目標(biāo)是讓宇航員在 2024 年登月。但 NASA 監(jiān)察長辦公室在 2021 年 8 月份的一份報(bào)告中表示，由于宇航服的開發(fā)工作延誤，這一目標(biāo)“不可行”。
月門計(jì)劃歷史
幾十年來，NASA 一直希望建立一個(gè)月球空間站，而月門計(jì)劃的概念至少可以追溯到 2010 年左右。2012 年，NASA 公開討論了在月球背面建立月球站的想法 —— 后來這個(gè)項(xiàng)目被稱為深空棲息地（Deep Space Habitat）。2014 年和 2015 年前后，NASA 開始公開討論“地月棲息地”的概念，目的是在本世紀(jì) 20 年代進(jìn)行更長時(shí)間的載人太空任務(wù)。
月門計(jì)劃的名字也變了好幾次。NASA 在 2017 年的文件中提到過繞月飛行的深空門戶空間站（Deep Space Gateway）。2018 年，在 NASA 提交的 2019 年預(yù)算中，又被重新命名為月球軌道平臺(tái)門戶 (LOP-G)。如今，NASA 更傾向于使用更簡單的“月門計(jì)劃”一詞。
HALO 模塊 (諾斯羅普?格魯曼公司)
2019 年，NASA 聘請(qǐng)諾斯羅普?格魯曼公司 (Northrop Grumman) 為月門計(jì)劃打造用于宇航員居住和后勤保障的 HALO 模塊。HALO 模塊的設(shè)計(jì)基于定期向國際空間站運(yùn)送設(shè)備和物資的天鵝座貨運(yùn)飛船。NASA 之所以選擇諾斯羅普?格魯曼公司，是因?yàn)樵摴驹趯⑻禊Z座貨運(yùn)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(yùn)飛船足夠小，可以通過現(xiàn)有的商業(yè)運(yùn)載火箭發(fā)射升空，這極大簡化了月門計(jì)劃的開發(fā)工作。
諾斯羅普?格魯曼公司說，HALO 模塊“可以讓 4 名宇航員在踏上月球表面探險(xiǎn)和返回月球的過程中呆 30 天的時(shí)間?！敝Z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(shè)計(jì) HALO 模塊，為當(dāng)年 11 月完成的初步設(shè)計(jì)審查做準(zhǔn)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(shè)計(jì)和開發(fā)。HALO 模塊計(jì)劃于 2024 年搭乘 SpaceX 的獵鷹重型火箭抵達(dá)月球軌道。
動(dòng)力和推進(jìn)模塊 (Maxar Technologies)
月門計(jì)劃的動(dòng)力和推進(jìn)模塊基于 NASA 小行星重定向計(jì)劃中相關(guān)的推進(jìn)器研究工作。這一計(jì)劃在 2017 年被取消，但有關(guān)推進(jìn)器的設(shè)計(jì)被回收利用。2019 年 5 月，NASA 選中 Maxar Technologies 來建造月門計(jì)劃的動(dòng)力和推進(jìn)模塊。據(jù) NASA 稱，該模塊是一個(gè)太陽能電力推進(jìn)裝置，可以繞月運(yùn)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(tǒng)需求審查，并在 2021 年初通過了其他兩項(xiàng)關(guān)鍵審查。動(dòng)力和推進(jìn)模塊預(yù)計(jì)將于 2024 年和 HALO 模塊一道前往月球軌道。
機(jī)械臂 Canadarm3 (MDA)
加拿大航天局于 2019 年 5 月宣布，將向月門計(jì)劃提供名為 Canadarm3 的新一代機(jī)械臂，這是在航天飛機(jī)和國際空間站所使用機(jī)械臂的基礎(chǔ)上開發(fā)的。Canadarm3 機(jī)械臂設(shè)計(jì)融入了一定的機(jī)器學(xué)習(xí)，這樣機(jī)械臂可以在宇航員執(zhí)行任務(wù)期間自行維護(hù)和監(jiān)督空間站運(yùn)行，因?yàn)樵虑蚩臻g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(jì)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(nèi)向 Canadarm3 機(jī)械臂和月球探索加速器計(jì)劃 (LEAP) 投資 20.5 億加元，當(dāng)時(shí)約合 15.6 億美元。LEAP 旨在鼓勵(lì)企業(yè)將機(jī)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(jī)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 萬美元，用于機(jī)械臂接口的初步和詳細(xì)設(shè)計(jì)。
貨運(yùn)飛船（SpaceX）
2019 年 8 月，NASA 公開征集意見，要求各個(gè)公司就如何開發(fā)向月球空間站運(yùn)送貨物的飛船提出建議。與國際空間站所使用的貨運(yùn)飛船類似，月門計(jì)劃貨運(yùn)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 被確定為月門計(jì)劃的貨運(yùn)服務(wù)提供商，使用新一代龍飛船提供貨運(yùn)服務(wù)。目前龍飛船已經(jīng)是國際空間站的主要補(bǔ)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 5.5 噸的貨物前往月球空間站。NASA 當(dāng)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(bǔ)給服務(wù)，但所有合同的總價(jià)值不超過 70 億美元。
載人飛船（洛克希德?馬丁公司）
月門計(jì)劃的第一次載人航天任務(wù)可能由洛克希德?馬丁公司開發(fā)的“獵戶座”飛船執(zhí)行，但其他載人飛船也可能在未來幾年前往月球空間站。獵戶座飛船的開發(fā)歷史早于阿爾忒彌斯，甚至早于 NASA 已經(jīng)取消的幾項(xiàng)計(jì)劃，其中也包括 NASA 旨在將人類送上月球和火星的星座（Constellation）計(jì)劃。
2014 年 12 月 5 日，“獵戶座”飛船成功執(zhí)行名為“探索飛行測試-1”(EFT-1) 的飛行測試，飛船順利抵達(dá)高地球軌道?！矮C戶座”飛船的下一次飛行計(jì)劃是阿爾忒彌斯 1 號(hào)，原計(jì)劃將在 2021 年底發(fā)射升空。自 2017 年以來，由于 NASA 巨型火箭太空發(fā)射系統(tǒng)（SLS）的問題，這一任務(wù)已經(jīng)被推遲了幾次?！矮C戶座”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(tǒng)，類似于 20 世紀(jì) 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(yùn)行軌道
月球空間站將在被稱為“近直線光環(huán)軌道”(NRHO) 的全新軌道上運(yùn)行。這樣一來，空間站沿著高度“偏心”的軌道運(yùn)行，而不是像“阿波羅”那樣繞月球低軌道運(yùn)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(jù)歐洲航天局的說法，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(zhuǎn)。這一軌道繞月運(yùn)行一周大約需要 7 天的時(shí)間，而且完全處于陽光照射不到的地方最少，能讓月球空間站的太陽能板供電最大化。小型衛(wèi)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(yùn)行。
這種情況在很大程度上是因?yàn)?，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 火箭和獵戶座飛船。這可能會(huì)讓月球空間站在大部分時(shí)間里無人值守。
登月任務(wù)的中轉(zhuǎn)站
月門計(jì)劃的主要功能之一是充當(dāng)探測器和宇航員往返月面的中轉(zhuǎn)站。NASA 設(shè)想在月面沙克爾頓環(huán)形山建立一個(gè)阿爾忒彌斯計(jì)劃基地。沙克爾頓環(huán)形山是月球表面富含水冰的區(qū)域。NASA 說，這一月面基地最終將需要水、廢物處理、著陸器、通信和輻射屏蔽等物資。
月球空間站也有可能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控月球探測機(jī)器人。宇航員可以遠(yuǎn)程遙控月球車或飛行器，來探測隕石坑或建造用于望遠(yuǎn)鏡觀測的無線電天線。畢竟在地球上發(fā)出指令和在月球近側(cè)表面接收指令之間有兩秒的時(shí)間延遲。
火星中轉(zhuǎn)站
月門計(jì)劃的設(shè)計(jì)仍在進(jìn)行中，很難預(yù)測其將如何支持探月任務(wù)，更不用說火星探索任務(wù)。NASA 堅(jiān)持認(rèn)為，從阿爾忒彌斯和月門計(jì)劃中吸取的許多“教訓(xùn)”將對(duì)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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