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中国冲刺2030,美国登月大改方案:NASA这次真能抢在前面吗?

NASA登月计划出现重大变化,临近载人登月了却意外的加入了一个核动力月球车任务,同时美国太空军也在紧锣密鼓的在计划地月空间部署5颗军用卫星!美国为何在登月的关键时间节点上出现重大变动?

答案极有可能是遭到了中国登月2030计划的严重冲击,NASA在做的不是加速载人登月,而是在在声势上超过中国,因为从目前的态势评估,NASA及其复杂的阿尔忒弥斯计划已经不可能赶在中国前完成载人登月!

美国突然加速月球布局,究竟在着急什么?

11月7日,肯尼迪航天中心,NASA推出了100亿美元、为期10年的第二期CLPS商业月球运载服务合同框架,蓝色起源、SpaceX、洛克希德·马丁等8家企业获得了竞标资格。任务范围非常庞杂,就NASA公开的范围来,主要包括如下六大类几十项设施:

  • 月面探测载荷:南极水冰探测、辐射、地质实验设施
  • 基地基础设施:电力系统、通信中继、热控、地面工装、预制舱段组件
  • 月球资源利用设施:水冰开采、制氧、燃料提炼验证装置
  • 月面移动平台:核动力月球车(PROMISE)、月球跳跃无人机MoonFall、载人地形车LTV

另外还包括补给备件与地面支持设备,NASA允许厂商搭载第三方商业载荷,其目的是打造“月球经济圈”,NASA本身也只是其中一个大客户!从NASA公布的这个庞大的计划来看,阿尔忒弥斯登月以及相关的后续计划正在徐徐拉开序幕!

其中最值得关注的是就是核动力月球车(PROMISE),因为按NASA的时间表,这辆核动力月球车将在2028年底被蓝色起源的新格伦火箭送上月球。PROMISE(承诺号)月球车的硬件基础是NASA的火星探测车“毅力号”,当年毅力号成功探测火星后,大量备件与地面测试样机就荒废了,这次承诺号的就是利用这些遗产并专门为月球探测做出专门设计,前往月球南极阴影区探测水冰。

承诺号的核动力电源就是毅力号同款的MMRTG电池,这是钚-238的同位素电池,热功率2千瓦,电功率110W,月球车因为要对付月夜与月球南极阴影区的极低温,核电池是最佳方案,既能供热又能供暖,不受限制月夜限制。

承诺号的车载设备也从火星探测转向了月面探测,包括光谱仪、挥发物探测仪器以及射监测、月壤力学测试等都是月球专用设备,还有防尘、通信、自主导航算法专门针对月球极区修改,重点强化永久阴影区黑暗自主行驶。

在月球方向第二个值得关注的动向是美国太空军在今年4月份成立的“地月协调办公室”,该机构在11月2日有大动作了,直接发布了征询5颗卫星的地月空间星座方案,从这些卫星的的功能来看,这个计划图谋不小:

  • SDA空间域感知:跟踪地月转移轨道、月球轨道、拉格朗日点上所有航天器、碎片,看清别国登月、月面基建活动
  • PNT定位导航授时:给地月轨道、月面飞行器提供导航(GPS信号到不了月球)
  • 深空通信中继:补月球背面通信盲区

看起来美国正在全力为NASA登月打前站!因为从美国太空军与NASA重点推出的一系列计划来看,似乎准备开始全面进军月球!但事实上却美军正式把地月空间(含月球轨道、拉格朗日点、月球周边)认定为需要常态化监控的作战域。

为什么美国太空军也开始介入阿尔忒弥斯登月计划了?答案很有可能是在为即将到来的中美登月竞争抢时间。哪怕载人登月暂时落后,至少不能让月球周边的战略布局也落后,就算中国先登月了,美国也得知道中国到底在月球上干了什么!

美国登月计划为何越改越复杂?真正的麻烦在着陆器

我们认为美国的多手准备是非常有必要的,因为从阿尔忒弥斯计划的复杂程度来看,没有一个理工科毕业的大神会阿尔忒弥斯计划会按时间表顺利完成,即使不惜代价完成载人登月,后续庞大的计划与耗资也会让这个计划不可持续!

重返月球时间一推再推,阿尔忒弥斯计划一改再改

NASA的重返月球几乎把工程上该踩的坑全部踩了一遍,首先就是不断延期的时间,阿尔忒弥斯计划最早打算在2024年登月,之后不断延迟,现在是定格在2029年必须登月不延期了。一个是因为特朗普将在2029年卸任,所以这个“献礼工程”必须在特朗普下台前完成。

另一个是中国载人登月时间表的压力,2030年前完成载人登月!中国航天很少会推迟时间表,所以这个NASA压力极大,美国是“第二次登月”,总不能被一个毫无登月经验、并且被《考克斯报告》与《沃尔夫条款》制裁的中国给超了吧,要不然NASA的面子往哪儿搁呢?

所以随着时间表的不断临近,NASA的动作有点变形,先是把碍事的月球空间站给砍了,然后大幅调整了时间表,阿尔忒弥斯III改为近地轨道测试猎户座与星舰以及蓝月亮登月飞船对接,登月任务放到2028年的阿尔忒弥斯IV,SLS Block 1B也取消,重新调整火箭配置。

总之一句话,有利于登月的大干快上,不利于登月的直接取消!这个调整,根本就不是进度微调,而是给整个阿尔忒弥斯计划的整个工程架构开膛剖肚动大手术,这一改搞出很多问题来了,因为猎户座飞船与蓝月亮登月飞船都是为月球空间站轨道设计的,现在这玩意儿没了!

这就导致计划中很多方面都必须妥协,加上阿尔忒弥斯计划当年规划时的自负,还加入了商业航天SpaceX的准备用来登陆火星的星舰顺便修改的月球版,还有蓝色起源的蓝月亮登月飞船,目前因为星舰可能赶不上登月,搞了蓝月亮备份,但两者无论是哪个都是非常复杂的系统:

SLS火箭搭载猎户座飞船+新格伦火箭搭载蓝月亮登月飞船:SLS+猎户座发射1次,蓝月亮发射1次,再外加三次“推进模块”,分别提供地月转移、减速入轨到减速进入登月环形轨道,每次用完丢弃一枚;所以这个版本的登月要发射5次!

SLS火箭搭载猎户座飞船+星舰:SLS+猎户座发射1次,星舰发射1次+10~15次太空加注低温燃料(液氧+液态甲烷),目前成熟的是常温的偏二甲肼与四氧化二氮加注,在轨超过10次燃料加注,一次失败就足够让整个计划泡汤!

所以从这两个方案来看,理工科的朋友一定都会觉得这NASA怕不是疯了吧,一次发射是最好的,实在做不到那2次组合发射也能凑合,但是NASA整出个5次甚至15~16次发射是几个意思?现在的火箭发射成功率那么高了吗?就像出门打个网约车那么简单?

NASA踩的第三个坑是每个子系统都无法掌控!SLS火箭、猎户座飞船、商业登月器(星舰与蓝月亮),还有月面宇航服都是不同承包商负责的。每个都有问题,SLS火箭预算严重超标,低温燃料泄漏严重;猎户座飞船通信系统有问题,耐烧蚀大底有问题;

星舰遥遥无期,即使成功也需要在近地轨道上多次加注燃料,风险极大;蓝月亮用液氢液氧方案,需要多天储存,这个问题很大;蓝月亮的御用火箭新格伦上次发射爆炸,这个问题更大;月面宇航服时间表大幅延迟,2028年的时间节点难度很大,并且只有Axiom一家厂商没有备胎!

这么庞大的计划,时间突破普遍安排在2027~2028年,然后2028年中前就要载人登月了!即使是作为无人探测这个时间表也太赶,更不要说必须经过万无一失的验证的载人登月了。NASA是真敢呢,为了抢在中国前登月,NASA已经不顾一切!

外网有独立航天分析师以及油管上的航天评论都认为,现在阿尔忒弥斯(美国)像当年苏联登月项目;中国载人登月路线像当年阿波罗。这也难怪NASA局长艾萨克曼在前不久表示:

我上任头几周就说过:‘要是中国人抢在我们前面登上月球,我就会被撤职。’”

当时我们还以为这是艾萨克曼这是担心中国会先于美国登月!现在才发现,艾萨克曼这是表达不满,他接手的根本就不是个可执行的登月计划,而是这个计划只会让他背黑锅!

中国方案为何更有希望?真正的较量是持续登月,而不是一次插旗

NASA的阿尔忒弥斯计划的工程成熟程度很低,但这并不表示中国的登月计划成功概率就很高,我们只是从工程实现角度考量,中国的计划要比阿尔忒弥计划靠谱得多!NASA的计划至少也要5次才能登月,中国的计划是2次!

  1. 第一次是发射是长征-10火箭+揽月登月飞船,发射后直接进入地月转移轨道,然后减速进入环月轨道,之后再降到100公里大圆轨道准备对接;
  2. 第二次发射是长征-10火箭+梦舟登月版飞船,发射后直接进入地月转移轨道,然后减速进入环月轨道,之后再降到100公里大圆轨道与揽月登月飞船对接;
  3. 完成对接后,梦舟留1人值守,2人进揽月登月飞船,然后开始登月,完成月面任务后再从月面起飞到月球轨道对接,完成人员物资转移后,梦舟返回地球;

这个发射与当年阿波罗的月球轨道对接版本很相似,两次发射从工程上来看风险比1次要大,但很明显要比5次概率要高得多,比15~16次的概率就更高了,甚至NASA还评估最坏的情况星舰可能要22次才能加满足够去往月球的燃料,真要是这样的话,能成功那真是见鬼了。

当然中国的计划并非停留在纸面上,目前长征十号已经完成系留点火和系统低空演示验证,梦舟完成零高度逃逸和最大动压逃逸飞行,揽月完成着陆起飞综合验证。按照目前公开的任务安排,2027年、2028年、2029年将分别推进飞船、着陆器和月球轨道交会对接等验证工作,2030年前完成登月的可能性还是非常大的。

中美两国在二十一世纪的这次登月,早就已经从阿波罗时代的一锤子买卖变成了展开未来长期月球基地的可能性,尽管NASA的CLPS计划展开了一个宏大的登月工程,但我们依然要认为,NASA的登月计划不可持续!

比如SLS火箭,一次发射20亿美元,如果加上猎户座飞船,地面场地与测控等所有成本是40亿美元!新格伦发射4次大概是5亿美元+蓝月亮飞船2亿美元,星舰发射15次大概是15亿美元+,总计一次大概是47~60亿美元!还不能失败,一次失败全部泡汤!

中国的成本不好评估,就算按新格伦火箭+蓝月亮的发射成本,再加飞船以及地面发射,测控与返回回收等其他额外成本,估计总成本在10~12亿美元左右。请注意这里说的都是常态发射,不摊研发成本,要是再加研发成本的话,美国阿尔忒弥斯计划早就超过1000亿美元了。

中美差距是大约是5倍,两者从成本上与工程可靠性上考虑,中国都比美国更有可持续性!从现在看来,美国争的是2028年率先登月,至于以后似乎并不是NASA特别关心的问题。但中国的操作则是在2030年之后能不能持续走下去。

中国从载人航天到天宫空间站建设,从嫦娥探月到嫦娥落月,从无人探测过渡到有人登月,再到后续月球科研站建设,逐步建立一个可以反复使用、不断扩展的工程体系。最终谁能把月球从一次性的探险目的地,变成能够持续到达、长期驻留和开展科研活动的空间。

我们之前就有过一个比喻,曾经完成阿波罗登月的NASA包袱很重,所以重返月球的计划非常庞大,结果发现自己能力不足,资金也耗不起了就不断做减法!就像一个中年男人重返高考考场,设下的目标是清华北大,后来发现不行,降级成985就行,后来发现还是不行,改成了211,现在觉得一本就很好了......但是摸底考试发现,能上二本就不错了!

所以现在美国就已经准备好备胎了,核动力月球南极探测车必须要上,卫星必须要占住L2点,这都是兜底准备,反正在月球就是要有存在感,就算中国先登月了也得看看人家到底干了啥!