美國(guó)載人繞月任務(wù)有哪些隱患

目前，美國(guó)正在進(jìn)行的“阿爾忒彌斯”載人登月計(jì)劃，最大隱患就是計(jì)劃制訂的相當(dāng)復(fù)雜。

美國(guó)當(dāng)年的“阿波羅”登月計(jì)劃，是用“土星五號(hào)”重型火箭直接將“阿波羅”飛船送入地月轉(zhuǎn)移軌道。在完成“登月”之后，再直接返回地球。

按照NASA官網(wǎng)的介紹，美國(guó)這次的計(jì)劃更加復(fù)雜：用“獵戶座載人飛船”與“月球著陸器”，分搭載4名宇航員，兩次發(fā)射。

月球著陸器上的兩名宇航員，在月球表面進(jìn)行“軟著陸”，開(kāi)始為期一周的月面考察。

另外兩名宇航員，將會(huì)留在“獵戶座載人飛船”中，繼續(xù)繞月飛行。等到“登月首秀”完成任務(wù)之后，兩名宇航員再乘坐“月球著陸器”飛回繞月軌道。

接下來(lái)，兩艘飛船還要在太空中完成“合體對(duì)接”，等到宇航員全部轉(zhuǎn)移到飛船之后，“月球著陸器”將會(huì)被舍棄，飛船執(zhí)行重返地球任務(wù)。

越是復(fù)雜的方案，越是容易出錯(cuò)。更何況“阿爾忒彌斯”的復(fù)雜計(jì)劃，造成了設(shè)計(jì)跟不上，造成了“登月計(jì)劃”屢屢推遲。

根據(jù)2025年9月3日，前NASA局長(zhǎng)吉姆·布萊登斯坦在國(guó)會(huì)聽(tīng)證會(huì)上的說(shuō)法“阿爾忒彌斯”計(jì)劃的設(shè)計(jì)不當(dāng)，導(dǎo)致了“登月計(jì)劃”屢次推遲。

根據(jù)NASA此前的報(bào)告：執(zhí)行阿爾忒彌斯計(jì)劃的“太空發(fā)射系統(tǒng)”（SLS）重型運(yùn)載火箭、“獵戶座”飛船和月球著陸器都存在大量技術(shù)問(wèn)題。其中SLS火箭多次因?yàn)槿剂闲孤┒七t發(fā)射，“獵戶座”飛船也暴露出逃生系統(tǒng)和隔熱罩的可靠性問(wèn)題。

值得慶幸的是：在2022年，“阿爾忒彌斯1號(hào)”的不搭載人的系統(tǒng)測(cè)試任務(wù)中，它們的組合基本完成任務(wù)。

由于太陽(yáng)、地球、月球三者本身組成一般意義下的三體問(wèn)題。到了月球之后，就成了月系對(duì)于太陽(yáng)的動(dòng)力學(xué)模型。

在日-地-月系統(tǒng)中，空間雙圓模型（SBCM)具有足夠高的精度。SBCM 考慮到黃白交角的存在，并作如下假設(shè)：地-月系作為整體與太陽(yáng)構(gòu)成二體運(yùn)動(dòng)，且太陽(yáng)不影響地-月的二體運(yùn)動(dòng)。

這是由于太陽(yáng)到地-月系的距離遠(yuǎn)大于地球到月球的距離，故可以忽略太陽(yáng)對(duì)地-月系的引力力矩的影響，只需考慮太陽(yáng)對(duì)地-月系質(zhì)心的影響。

想用火箭把飛船發(fā)射到太空很容易，但是難點(diǎn)在于如何讓飛船上的科學(xué)家們“完成任務(wù)”，并安全回來(lái)。因?yàn)橥瓿奢d人登月任務(wù)的重要條件，就是要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、可重復(fù)的發(fā)射。

這次“登月任務(wù)”的核心，就是需要保障宇航員在月球表面停留時(shí)間更長(zhǎng)，任務(wù)更加復(fù)雜的科學(xué)考察和資源勘探活動(dòng)。

探測(cè)器的動(dòng)力學(xué)可以用探測(cè)器的動(dòng)力學(xué)可以用Hamilton方程表示，其Hamilton函數(shù)為

最有可能出現(xiàn)的問(wèn)題，大概率出現(xiàn)在美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）負(fù)責(zé)的“月球著陸器”上。這艘“月球著陸器”，是由“星艦”超重型火箭的第二級(jí)“星艦”飛船改裝而來(lái)。

由于太陽(yáng)的引力作用，使得CR3BP動(dòng)力學(xué)存在周期性擾動(dòng)。“月球著陸器”需要非常可靠的“月面著陸”和起飛能力，其熱防護(hù)系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性、海上回收技術(shù)，都還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到成熟。

對(duì)于地月系飛行的探測(cè)器，太陽(yáng)的引力作用是不可忽視的。在一些三體模型下的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，將會(huì)被太陽(yáng)破壞引力。而“月球著陸器”降落月球之后，需要在沒(méi)有發(fā)射臺(tái)、充滿月塵的月球環(huán)境下完成點(diǎn)火起飛，這是一項(xiàng)要求極高的工程挑戰(zhàn)。

按照美國(guó)“登月計(jì)劃”，阿爾忒彌斯3號(hào)計(jì)劃降落的地點(diǎn)是“月球南極地區(qū)”，這里有著“月球南極永久陰影區(qū)域”。這就意味著，美國(guó)的登月計(jì)劃，地形更加復(fù)雜，任務(wù)也更加艱巨。

宇航服中也要配備相應(yīng)的高清攝像機(jī)，以及安裝在頭盔面罩中的照明裝置，當(dāng)宇航員們?cè)谶@片區(qū)域工作、行走時(shí)，可以提供更好的能見(jiàn)度。

相比于這些可以在地面上就能解決的困難，最大的麻煩，還要到太空中去解決的“在軌加油”任務(wù)。

按照原計(jì)劃，月球著陸器需要將大量的物資和宇航員送到月球表面，還要支持一個(gè)月的“駐留任務(wù)”。

但是，此前沒(méi)有任何一枚火箭有能力將這樣一個(gè)滿載燃料的“巨型著陸器”，從地球表面送入月球軌道。

所以，美國(guó)人給出的方案是，首先發(fā)射十幾艘滿載燃料的“星艦”飛船，作為近地軌道的“太空加油站”，在太空中為“月球著陸器”補(bǔ)充前往月球的燃料。

這項(xiàng)技術(shù)的最大瓶頸在于，“月球著陸器”要在停泊軌道上進(jìn)行一次“在軌燃料加注”，然后飛往月球。

“繞月飛行器”跟“月球著陸器”對(duì)接之后，還要再進(jìn)行一次“燃料加注”。如此大規(guī)模的“低溫推進(jìn)劑”，在太空中如儲(chǔ)存？

即便是解決了“太空加油站”的存儲(chǔ)問(wèn)題，“在軌燃料加注”在太空中的實(shí)驗(yàn)也并不成熟，是否百分百成功，誰(shuí)也不敢保證。

因此，美國(guó)目前的繞月飛行也只是“重返月球”的一小步，更多的困難和隱患還在深邃的太空中，亟待解決。