詳解阿爾忒彌斯II任務(wù)

經(jīng)過數(shù)周延遲后，NASA 將在美國東部時(shí)間4月1日下午6:24執(zhí)行阿爾忒彌斯II任務(wù)（北京時(shí)間4月2日早上6:24），將四名宇航員送往環(huán)月軌道進(jìn)行測試飛行。這是全球最強(qiáng)的火箭推進(jìn)發(fā)射系統(tǒng)與獵戶座深空載人飛船首次進(jìn)行完整組合載人發(fā)射。此任務(wù)原計(jì)劃在二月初發(fā)射，但因氫燃料泄漏以及推進(jìn)器增壓系統(tǒng)出現(xiàn)問題而兩次延遲。

阿爾忒彌斯II是一次測試任務(wù)，目的是通過25萬英里飛行測試這套全新系統(tǒng)，特別是獵戶座載人飛船。下圖是四名船員合影（從左到右）：指揮官里德·懷斯曼，飛行員維克多·格洛弗，宇航員克里斯蒂娜·科赫，加拿大宇航員杰里米·漢森。漢森是首次進(jìn)行太空，其余三人都是NASA的航天老兵。

阿爾忒彌斯 II 使用火箭總推力接近900萬磅，將重達(dá)570萬磅火箭飛船系統(tǒng)在八分鐘內(nèi)加速到每秒5英里，相當(dāng)于每秒跨越大約70個足球場。飛船在大約90分鐘的時(shí)間內(nèi)完成一圈低地球軌飛行。升空50分鐘后火箭發(fā)動機(jī)第一次點(diǎn)火，約一小時(shí)后火箭發(fā)動機(jī)第二次點(diǎn)火，發(fā)射后3小時(shí)23分鐘獵戶座飛船將在與低溫推進(jìn)倉分離。這些動作使飛船在第一個24小時(shí)內(nèi)維持在最高點(diǎn)為43760英里的橢圓軌道，讓船員們有足夠的時(shí)間測試獵戶座的通信、導(dǎo)航、推進(jìn)和生命保障系統(tǒng)。

包括測試飛船內(nèi)廁所的收集功能，清除二氧化碳能力，獵戶座飛船的機(jī)動能力，在船員們操控下接近并繞過廢棄的SLS上級火箭，這是模擬未來與登月艙對接。如果一切順利，船員們會先小睡四個小時(shí)，然后獵戶座太空艙主發(fā)動機(jī)點(diǎn)火，將飛船送入遠(yuǎn)地點(diǎn)44,555英里和近地點(diǎn)115英里高度的軌圓軌道。接下來，宇航員們再休息四個小時(shí)，此時(shí)地面飛控人員評估獵戶座的表現(xiàn)，做出最終是否繼續(xù)前往月球的決定。

地面飛控考慮的事情很多，由洛克希德·馬丁制造的獵戶座飛船是首次搭載全套生命保障系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際飛行。假設(shè)工程師審查了獵戶座第一天在太空中的表現(xiàn)數(shù)據(jù)后，確認(rèn)狀況良好，獵戶座飛船將進(jìn)行關(guān)鍵的“月球轉(zhuǎn)移注入”（或稱 TLI）點(diǎn)火，即在發(fā)射25小時(shí)后飛船推進(jìn)艙發(fā)動機(jī)持續(xù)六分鐘零五秒的點(diǎn)火使飛船的速度增加約900英里/小時(shí)，讓其脫離地球軌道，開始為期四天的飛往月球征程。如果獵戶座在前往月球的過程中導(dǎo)航或推進(jìn)系統(tǒng)出現(xiàn)重大問題，由于采用了新的軌道設(shè)計(jì)，艙體仍能在無需推進(jìn)器幫助的情況下返回地球，即在飛船軌道近月球4100英里的位置點(diǎn)靠地球引力將飛船拉回地球。

盡管遙感衛(wèi)星一直在觀測月球的背面，但這四名宇航員將成為首批肉眼看到月球背面的地球人。雖然50多年前阿波羅號的宇航員曾飛越月球赤道背面，但當(dāng)時(shí)背面正處于黑暗中。而本次飛行如果是4月1日發(fā)射，阿爾忒彌斯II號的宇航員飛越月球背面時(shí)，背面區(qū)域的21%會正好處于陽光下，讓宇航員有幾小時(shí)直接用眼睛觀察。飛船上有兩扇窗戶正對月球表面，宇航員到時(shí)需要配合使用相機(jī)，聲音錄制設(shè)備，以及其它數(shù)據(jù)記錄和觀測儀器。

按NASA的設(shè)計(jì)，獵戶座飛船將在4月10日返回地球并濺落于太平洋海面。在地球重力的帶動下，獵戶座乘員艙將以大約每小時(shí)25,000英里的速度——大約每秒7英里，進(jìn)入大氣層。屆時(shí)5米寬的飛船隔熱板需要承受2760攝氏度高溫?zé)疲瑹o線電通訊也將中斷約五分鐘。

在阿爾忒彌斯 I 任務(wù)期間，原設(shè)計(jì)的“跳躍”方式返回高層大氣層（進(jìn)入再彈出），隔熱板遭受意外損傷，外層“燒焦”的大塊材料脫落。NASA工程師們已經(jīng)查明，阿爾忒彌斯 I 任務(wù)中返回艙在大氣層頂端長距離跳躍路徑中，入大氣加熱后再彈升時(shí)，隔熱底溫度減弱后使外層變得不滲透，內(nèi)部氣體無法逸出，壓力積聚迫使外部熱防護(hù)層塊狀脫落。因此，工程師們已經(jīng)設(shè)計(jì)了新的入氣軌跡，使外部炭化層更均勻地被燒蝕和溫度變化，不會產(chǎn)生有害的裂縫和壓力積聚。

飛船從再入大氣層到濺落太平洋將經(jīng)歷13分鐘。再入大氣層九分鐘后，無線通訊會重新建立，Artemis II的機(jī)組人員將監(jiān)控總計(jì)11個不同時(shí)間展開和不同作用的降落傘，確保飛船穩(wěn)定并減速每小時(shí)15英里。經(jīng)過大氣摩擦高溫區(qū)后，返回艙先使用三個小降落傘把速度降到每小時(shí)300英里。當(dāng)航天器下降到約1萬1千米高度時(shí)，主降落傘儲存?zhèn)}保護(hù)罩拉開。在約7千3時(shí)米處將展開兩個7米寬的減速傘并穩(wěn)定艙體，然后三個前導(dǎo)降落傘將拉出獵戶座飛船的三個35米寬主降落傘。在2500到1230米高度之間，主降落傘使飛船的下降速度減慢到每小時(shí)24到27公里的濺落速度，直到觸水。正常下降情況下，飛船隔熱罩先著水，如果因海浪或風(fēng)翻轉(zhuǎn)，氣囊會打開使其恢復(fù)正立。隨后，直升機(jī)會到達(dá)現(xiàn)場將宇航員們接回。降落傘系統(tǒng)設(shè)計(jì)已經(jīng)確認(rèn)即使一個制動傘或一個主降落傘無效下仍能以安全速度觸及水面。

阿爾忒彌斯II任務(wù)進(jìn)行成功的話，在2027年獵戶座飛船將在地球軌道上與 SpaceX、Blue Origin 正在建造的新月球著陸器對接，測試關(guān)鍵系統(tǒng)并驗(yàn)證操作程序。在那之后，NASA 宇航員才執(zhí)行登錄月球南極的任務(wù)。
NASA 的掌門賈里德·艾薩克曼（Jared Isaacman）認(rèn)為，這是與中國太空競賽中的一個重大里程碑。中國計(jì)劃在2030年前讓自己的“航天員”登陸月球，而美國NASA希望2028年實(shí)現(xiàn)登月。