NASA將要建造的月球軌道空間站到底有什麼意義？

前言

新圖一張，NASA航天員和設計人員正在LOP-G的生活艙模型中進行試驗

為了對LOP-G有個簡單介紹，先給大家來段講解視頻，譯者微博「給蟲」或B站賬號（G4Y8u9）

NASA的月球軌道站計劃已經醞釀了多年，其間從深空門戶（DSG）一直改名到到現在的月球軌道門戶（LOP-G, Lunar Orbital Platform-Gateway），都是很奇怪的名字。伴隨著名字的變更，最新的項目框架和之前的也已經大不一樣。項目的鐵杆支持者們通常認為，LOP-G是下個十年人類登月和登火的重要跳板。可是不要忘了，我們在阿波羅時代的偉大登月壯舉中，並沒有藉助過這麼一個中間站；還有，目前的好幾個登火可行性方案都是在近地軌道集結並直接出發，同樣不需要LOP-G。

LOP-G官方渲染圖

拋開政治上的推手，LOP-G的技術價值在於其項目本身，從某種層面上來說，這比進行重返月球表面的星座計劃，更有價值。

但是，如果我們繼續推進LOP-G項目，不出意外將只能在SLS，獵戶座和國際空間站這三巨頭的夾縫中生存。遺憾的是，這三家巨型燒錢就業項目中哪一個都不會馬上結束。目前看來，參議院支持2024年結束運營或是商業化國際空間站，而不少航天產業大州的國會議員們卻仍想苟延殘喘一把，過早結束這些巨型就業項目對他們而言無異於政治自殺。而畢竟一年也就那些錢，這些項目的存在直接威脅著LOP-G的項目資金保障。

國際空間站的退役或商業化需要提上日程

關於如何延續LOP-G項目的發展，我們已經聽到了足夠多的爭論，下面我分幾點說說我的看法。

遺產

LOP-G的誕生註定著會受限於其他大量的技術遺產。比如，作為運輸利器的獵戶座飛船乘員艙和服務艙質量和大小已經被此前星座計劃的戰神1火箭運力所限死，而質量決定了其推進劑的攜帶量，此時的獵戶座只能夠嗆滿足新項目要求。在星座計劃中，獵戶座飛船在低地球軌道上與牽牛星月球著陸器組合體對接，然後由半人馬上面級火箭點火整體送入奔月軌道後，再由牽牛星負責月球軌道插入的點火。而現在，沒有了牽牛星，獵戶座服務艙不僅需要負責地球返回軌道的點火，也需要擔負起月球軌道插入（Trans-lunar injection，簡稱TLI）的重任。此時，即便不搭載空間站模塊，飛船的推進劑儲備和軌道選擇也需要斤斤計較一下。換言之，只要國會堅持使用SLS和獵戶座來建設LOP-G，可使用的月球軌道就寥寥無幾。

SLS EUS上面級將獵戶座送入LTO

軌道

目前，LOP-G的運行軌道是NRHO（Near Rectilinear Halo Orbit），之所以選擇這個軌道, NASA是經過深思熟慮的，具體可見人類登月已近50年，詳解NASA如何帶領一票小弟重返月球，劍指火星！的下一期。簡單說來，獵戶座飛船的推進劑攜帶能力和軌道穩定程度是其中最重要的因素之一。假如僅考慮全月球表面著陸能力和最省推進劑的著陸方案，那麼月球極地軌道將會是更好的選擇。但是只要計劃中仍然規定使用獵戶座飛船來運輸模塊，受其本身能提供的Delta-V所限，NRHO是目前唯一可行的停留軌道選擇。

NRHO軌道示意圖（圖中的NRO軌道，是同一條軌道，只不過少了一個H，代表的是Halo，暈軌道的意思）

令人安慰的是，目前的LOP-G框架內有一個電推進模塊PPE，使用PPE，我們可以將LOP-G從NRHO轉移到其他的月球運行軌道上，用以適應多樣化的月球任務。

從EUS上分離下來的PPE和獵戶座

PPE電推力器火力全開

SLS和獵戶座

隨著好幾款巨型發射系統的同時開發，許多人開始質疑SLS和獵戶座的需求。但是顯而易見的是，在這幾款發射系統真正投入使用之前，SLS項目會繼續向前推進。SLS和獵戶座項目擁有強大的政治力量支持，他們帶來了大量的就業崗位。而儘管SpaceX和藍色起源已經取得了不小的成就，不少決策者仍然不相信他們可以兌現那些承諾。

商業航天百花齊放

同時，國會一直在加大對SLS的支持力度，其中最重要的是增加2號移動發射平台的建造資金。從目前的論證來看，擁有更強大上面級的SLS Block 1B型需要建造新的2號移動發射平台來支持發射任務。因此，加快建設2號移動發射平台可以儘可能的減少SLS Block 1B型的首飛延誤。另外，在SLS的第八次飛行之後，老版本SRB（Solid rocket booster）的備件庫存將被用完，此時我們需要製造先進SRB（即SLS Block 2）來使用。

SLS EM-2 Block 1B首飛

而當SLS Block 2首飛之時，SpaceX的BFR，藍色起源的新格倫和ULA Vulcan/ACES不出意外都已經開始運營。這就會產生一種有趣的情況，當其他發射商們可以用更低的價格來承包更高的運載能力時，SLS就會面臨淘汰的風險。（主頁君重申一下，這是作者的觀點）

新格倫火箭可以用於月球項目

著陸器

無論LOP-G項目是否會真正付諸實際，人類重返月球表面是大勢所趨。而LOP-G的存在，會極大的影響登月任務的技術路線，尤其是登月著陸器的相關技術參數，其中包括推進劑儲備，最大起飛重量，續航能力及是否能可重複使用。

星座計劃中的牽牛星登月艙

除非我們在登陸月球極地之前已經有無人登月任務可以就地製造推進劑，否則無論何種登月任務中，登月艙下降級都是一次性使用後拋棄在月球表面的。而如果沒有月球軌道站，登月任務中的上升級也將是一次性使用。當我們有了LOP-G後，可重複使用的上升即將成為標配，此時我們需要在每次登月前為LOP-G補給一個完整下降級和上升級推進劑。從長遠考慮，完全可重複使用的登月艙在執行較密集登月任務時比較經濟；而對於單次登月，一次性登月艙顯然是更好的選擇。

推進劑補給點

在月球軌道設立一個推進劑補給點是一個不錯的方案，可以為未來ULA的往返ACES上面級渡船和SpaceX的BFR補給推進劑。這個補給點不一定作為LOP-G的一部分，而是在一個安全距離上跟隨LOP-G，從而方便補給和維護。設立補給站將可以極大的增加LOP-G項目的生命力，來為登月艙和其他航天器甚至是其它月球軌道站提供重複使用的續航能力。

LOP-G可以為BFR補給推進劑

安全港

假如宇航員在執行登月任務中發現獵戶座飛船或者是登月艙發生了一些故障而難以支持返回地球，此時必須要發射另一枚SLS和獵戶座飛船執行緊急救援任務，分秒必爭，否則在有限補給下宇航員的生命安全將會受到嚴重威脅。而當我們擁有LOP-G後，宇航員可以安心在軌道避風港中等待救援，為救援行動留出儘可能長的準備時間。

LOP-G的最基本單元

替代方案

任何計劃都應該有一個替代方案，登月計劃也一樣。假如拋開LOP-G的話，我們可以使用BFR經幾次太空加油後直飛月球表面。NASA也可以開發一款新牽牛星登月艙，搭配獵戶座飛船來完成軌道插入和月表著陸。甚至，NASA可以購買ULA的ACES太空擺渡車服務，由他將獵戶座飛船送往月球軌道上。遺憾的是，考慮到國會對SLS的態度，這些替代方案都難以成行。（看到沒，這才叫親兒子待遇，SpaceX算哪根蔥，主頁君注）

ULA的火神火箭和他的ACES上面級

火星計劃

眾所周知，開發LOP-G的一個重要用途就是用於未來的火星任務。LOP-G可以作為人類載人登火的起點站，先進電推進模塊PPE可將空間站整體推進到火星軌道上。只要加上一個新的居住艙和氣閘艙，使用更好的輻射屏蔽技術，幾乎不用太多的修改，LOP-G就能完美的運行在火星軌道上。LOP-G的所有這一切，都將使未來火星任務變得更舒適和安全。

超大功率電推模塊為火星任務服務

國際合作

當前，國際合作夥伴們表達了對重返月球項目濃厚的興趣，而與此同時，歐空局局長 Jan W?rner也不止一次的宣傳過他的月球村構想。目前，國際夥伴們都在等待NASA重返月球的明確信號，可以說，登月的問題僅僅是在於方案和時間。即使說歐空局目前參與設計製造了獵戶座飛船的服務艙，但是他們仍同其他國際夥伴一樣，沒有做出重返月球的明確承諾。

NASA目前正在考慮採用類似空間站商業貨運項目COTS的模式來進行重返月球前期的無人月球探測任務，考慮到目前商業航天翻天覆地的大發展，他們認為這種方式更經濟實惠。COTS已經極大的降低了國際空間站運營成本，而要使我們的合作夥伴去接受這種方式，恐怕還有很長的路要走。

採用商業運輸服務的LOP-G與天鵝座

對於LOP-G，很顯然老牌合作夥伴日本，歐洲和歐羅斯將會深度參與到這個項目中去，並負擔起可觀的預算，而目前國際空間站的持續運營帶來的巨大花費直接導致了LOP-G項目的前途未卜。特朗普政府想要在2024年將國際空間站進行商業化運營，而幾位參議院對此卻表示反對。國際空間站每年花費了NASA超過30億美元的預算，其中大部分是貨物和人員運輸成本；歐空局每年花費超過10億美元；而俄羅斯將其大部分預算花在了空間站的運營上面。遺憾的是，對於國際空間站的商業化日期，目前仍然沒有一個統一的定論，這導致了國際夥伴們無法對LOP-G留出可觀的項目資金。此外，NASA最近在國際空間站的商業化報告中對其盈利能力提出了懷疑。

在國際空間站的生死決定之前，LOP-G只能算是一個美國太空項目，大部分的國際夥伴都只能對其表達觀望態度。

LOP-G的第一個居住艙模塊（由獵戶座頂著，圖中可見加拿大的機械臂，上期文章中我們介紹過）

結論

總而言之，NASA現行的重返月球路線受到了技術遺產，資金，政治阻力等多方面因素的限制。如果徹底放開手腳去干，NASA的重返月球計劃會和現在非常不同，而把上述因素考慮在內的話，現在的計劃應該是一個最優解。

考慮到國會的強力支持，除非SpaceX的BFR能按時首飛使用，否則NASA的SLS LOP-G項目肯定是繼續穩如泰山。而在這個大前提不變的情況下，NASA也在考慮一些新想法，比如使用商業火箭來發射LOP-G的模塊（由於首個模塊PPE自備動力， 不需要獵戶座頂著飛，所以目前重型獵鷹和火神都是替代SLS的熱門選項，主頁君注），採用商業運輸服務來運輸LOP-G的補給物資。

而從多方面來看，使用LOP-G來完成未來火星登陸的壯舉並不是最理想的方案，但只要NASA能夠堅定的按這個計划走下去，火星登陸終將可以實現。登火大忌在於優柔寡斷，假如NASA只是熱衷於登火方案探討而沒有實際行動，那麼我們永遠無法向火星前進一步。

時代正在變化，決策頭腦們不能墨守陳規，在必要時可以將商業公司加入到這個LOP-G項目中去。而國際夥伴們同樣不能糾結蠅頭小利而放棄了長遠的眼光，只有多方合作才能真正推動這個龐大計劃。

對接充氣空間站的LOP-G想像圖

建設LOP-G的目的是支持我們太空探索的繼續前進，到達月球，登陸火星，最終成為太陽系探索的起點站。LOP-G最終將會成為月球軌道通往太陽系的大門，此時他可以叫做LOGSS（Lunar Orbit Gateway Space Station），假如有足夠的國際夥伴參與進來，那麼他就是ILOGSS（International Lunar Orbit Gateway Space Station），這些名字在我看來，比拗口的LOP-G更容易讓人記住。

（全文完）

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