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国际载人深空探索选择月球轨道作“起跳板”

LOP-G 是基于“国际空间站”（ISS）框架，由NASA 主导，欧洲航天局（ESA）、俄罗斯航天国家集团（ROSCOSMOS）、日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）和加拿大国家航天局（CSA）等参与研发的近月空间站。NASA 希望按照国际合作及商业模式建造和运行LOP-G，既可减轻美国的投资压力，又能利用欧、俄、日、加等航天强国的技术优势。LOP-G 容积约125m3，规模远小于ISS。根据NASA 专家披露的新信息，LOP-G 将拥有50kW 电力和推进系统（PPE），可对接的航天员工作舱、两个居住舱、气闸过渡舱、后勤补给舱、在轨加注和通信舱（ESPRIT）以及资源利用舱，支持航天员出舱（EVA），未来可供4 名航天员持续开展工作21天。

虽然LOP-G 项目运营模式尚未最终确定，但基于各参与国家优势的任务分工已基本明确，相关的运输系统或着陆技术仍在讨论之中。

不同于长期有人照料的空间实验室，LOP-G 作为一个访问型空间站，它将支持航天员在月球轨道和月面上短期驻留，并且经月球中转往返火星及深空，开展科学探索，同时兼顾太空安全和商业航天等目标。这与NASA 长期呼吁和谋划的载人深空探索发展战略是一致的。为了再次跨出近地轨道，NASA 力争在自己主导下，通过多国若干年的协同努力，在月球附近建立灵活、可复用、可持续的空间站基础设施，为载人环火和登陆，乃至更深远的太阳系探测提供“起跳板”，是载人深空探索万里长征的第一步。

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LOP-G牵引月球探测助力未来深空任务

与我国嫦娥四号中继星“鹊桥”的Halo 使命轨道类似，LOP-G 亦将运行在地月连线延长线的L2 点，但采用近直线晕轨道（NRHO）。NRHO 轨道属于Halo轨道族，其轨道形状不同于环地或环月卫星的椭圆轨道，轨道面是围绕L2 点的三维非规则曲线，几乎垂直于地月系平面，轨道周期6～8 天，近月点距离约2000km，远月点距离约75000km，L1 和L2 分别代表NRHO 轨道的可通过定期轨控保持轨道的稳定性。

NASA 载人深空探测规划中并无明确的月球基地建设任务，而ESA 又在呼吁多国参加其开发月球资源的“月球村”计划，俄罗斯、日本等亦对月表科研活动兴趣浓厚，此时LOP-G 任务提出并实施兼顾了各方航天发展的六大主要诉求。

一是“中继站”。和“鹊桥”类似，LOP-G 直视月球背面，其通信舱可实现与月面工作的各类着陆器和巡视器的中继通信覆盖。

二是“门户站”。LOP-G 注定是人类往返火星探测的前哨，启程前对火星飞船在轨组装和测试。另一方面，在LOP-G 上可在轨组装、测试小卫星/ 立方星群及小行星探测器，开展地月空间科学探测、近地小行星探测等，而后者也承载了人类太空资源开发和利用、预防和规避近地小天体与地球相撞的重要使命。

三是“ 枢纽站”。LOP-G 所在的NRHO 轨道维持容易，同时它又能升降轨道以完成不同性质的任务，既可以作为地月转移的过渡轨道，仅需约730m/s 的速度增量即可进入环月极地轨道，也能进入月球的高轨道进而支持探测器前往太阳系其他目标天体，大幅降低深空探测任务的推进剂需求。

四是“中转站”。将LOP-G 作为月表探测任务的中转站，支持航天员和遥操作机器人的月面着陆、巡视和返回等作业，使进入月球或随时往返的任务更加灵活，助力各类月表科学探测活动的开展。

五是“接力站”。无论是航天员重返月球或是奔向火星或更远深空，LOP-G 是人类离开近地轨道后的接力站，既可为航天员提供太空生存所需，亦可为各类深空探测器加注燃料，提供能源，使得月球着陆器的重复使用成为可能。

六是“试验站”。LOP-G 可以测试和研发未来深空探测新技术，并兼顾商业航天的优势资源发展所需装备。

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LOP-G 工程研制取得重要进展

虽然LOP-G 是最近两年才日益引起关注，但其所需的各类技术却不是从一张白纸起步的。近5 年以来，得益于两轮“空间探索伙伴关系的下一代空间技术”（NextSTEP）计划的支持，阿斯特拉火箭公司、波音公司、洛马公司等商业航天公司围绕先进推进系统、深空居住舱等的原型预研已取得重要进展，NASA 正稳步推进大推力重型运载火箭SLS 和猎户座飞船研制。SLS 首飞火箭正在加紧生产，猎户座飞船研制接近尾声。2018 年8 月SLS 的移动发射塔（ML）已运抵肯尼迪航天中心39B 发射场组装大楼。9 月，猎户座降落伞系统完成最终考核，这是将人类送往月球及更远深空的重要里程碑事件。10 月，猎户座隔热罩和通信模块分别在肯尼迪航天中心完成安装和测试。SLS 核心阶段的五个主要结构部件已完成总装。2018 年年底，SLS 的10 个运载火箭发动机固体助推器已全部就位。

当然，LOP-G 的工程研制仍存在很多挑战。NASA 计划2019 年在斯坦尼斯航天中心测试SLS火箭的芯级，测试将包括安装飞行芯级，并使4 个RS-25 发动机同时点火。同年也将对欧洲研发的服务舱及移动发射塔进行测试。工程师们必须确保SLS、猎户座和地面系统的安全可靠运行，未来可以支持人类向月球和更远的地方探索。新一代RS-25发动机将在利用3D 打印和智能制造技术降低成本的同时，继续保持其可靠性。计划于2020 年实施的EM-1 任务在肯尼迪航天中心发射，将实现SLS 与猎户座飞船的首飞，同时这也是与地面发射系统的第一次综合试验，为未来的载人深空探测铺平道路，引领人类探索月球及更远地方。后续还将对EM-2 任务载人飞行的乘员舱、发射中止系统（LAS）进行一系列的测试，而LOP-G 的“真正”组装也将自EM-2 开始。

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结 语

虽然存在很多不确定性，NASA 还是规划了2024 － 2026 年执行载人的EM-4 到EM-7 任务：完成国际生活舱（EM-4）、美国生活舱（EM-5）、后勤补给舱（EM-6）、过渡舱（EM-7）。2027 －2033 年实现LOP-G 的深空运输中转（DST）功能，将全面建成LOP-G：2027 年验证LOP-G 的DST功能（EM-8） 和载人DST 功能（EM-9）；2028年验证LOP-G 的后勤补给和燃料加注等货运DST功能（EM-10）；2029 年开展地月空间为期一年的载人DST 验证（EM-11）；2030 年LOP-G 开展后勤补给和燃料加注等的DST（EM-12）；2033 年利用DST 实现载人环火星探测（EM-13）。

致谢：本文选题得到了嫦娥四号工程副总师王赤研究员的指导。文章得到了中国科学院空间科学（二期）先导专项(XDA15015800) 课题的资助和中国科学院科技战略咨询研究院的帮助，在此一并致谢。

来源：《国际太空》2019年第4期

作者：王琴 范全林 张晓雯

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