來源：airspacemag

撰文：Joe Pappalardo

翻譯：葉子

　　圖爲藝術家繪製的Nova-C登月飛行器在月球表面的概念圖。不過這臺重2240磅的航天器要到明年纔會搭乘SpaceX公司的獵鷹9號火箭發射升空。

上世紀60年代，登月競賽還不嚳於一場戰爭；現如今，卻已然變成了一門生意。

黎明時分，幾輛車從直覺機器公司的機棚大門中緩緩駛出，順利匯入車流中，向休斯頓郊外的艾靈頓航天基地開去。直覺機器公司將在這裏測試一臺月球登陸器的引擎。

在這支由皮卡和拖車組成的小小車隊中，最關鍵的部分是一輛裝載着幾臺火箭引擎的平板車。直覺機器公司的員工將這輛平板車叫做“可移動測試臺”。該公司CEO史蒂夫·阿爾特姆斯表示：“我們沒有選擇在某個偏遠的地方花50萬美元建造測試設施，相反，我們僅花1.6萬美元買了一輛卡車、然後進行了改裝。”

只見這支車隊穿過大門，在安檢口暫停了一下，然後繼續朝一條廢棄的飛機滑行道駛去。瀝青路面上用黃色畫了個大的“X”字，意味着這條跑道已經棄置不用了。駕駛卡車的員工將測試臺停在了距“指揮拖車”100米處，然後熟練地展開操作、準備點火。

　　圖爲2021年8月，直覺機器公司CEO史蒂夫·阿爾特姆斯（中）帶領NASA訪客參觀位於休斯頓的公司總部。

在現場的其他人看來，這些拖車和平板車看上去平平無奇。但對直覺機器公司的員工而言，它們其實就是一臺名叫Nova-C的登月飛行器。主發動機的噴嘴從平板車後方伸出，旁邊放置着一個用於測試反應控制推進器的真空艙。防爆牆後面放有各自獨立的甲烷、氧氣和氮氣罐。控制拖車上載有該飛行器的第一套飛行控制系統。這套東西或許與我們對太空飛行器的理解大相徑庭，但其上搭載的部分硬件和軟件或將使其成爲自上世紀70年代以來、首個實現月球軟着陸的美國飛行器。

在NASA的重返月球計劃中，一支機器人小隊將率先登陸月球。該機構希望借私人企業之力實現這些雄偉的目標。目前已有十幾家規模不等的公司開始了新一代機器人登月飛行器的打造。

2019年5月，NASA將任務派給了其中的三家公司：位於匹茲堡的Astrobotic Technology公司；位於新澤西的OrbitBeyond公司；以及直覺機器公司。（OrbitBeyond兩個月後由於財務原因退出了此次任務）。其中，Astrobotic Technology公司計劃明年將11份載荷送上月球，目標登陸地點爲月球正面一個名爲“死湖”的大型撞擊坑。直覺機器公司明年也將向月球送去一些載荷，其中六份計劃送往“風暴洋”。等到2023年末，Astrobotic Technology公司還會向月球南極再送去一批載荷。同年，第三家供應商Firefly Aerospace將在“月球非極地區域”開展實驗。第四家供應商Masten Space Systems也計劃向月球南極運送8臺載荷。

　　圖爲直覺機器公司用一輛平板車改造的測試臺。引擎設計師莫爾海德（右）正在做Nova-C登陸器引擎點火測試前的最後調整。

從合作方的數量可以看出NASA的最新商業重點落在何處。NASA沒有將飛行器委託給其它公司按照規範製造，而是要求業界提供已準備好執行任務的硬件設備，客戶付款後即可使用。貨運行業和國際空間站定期接送宇航員採用的就是這種方法（不過後一種情況常有延誤）。

“爲了NASA，我們一定要成功。”阿爾特姆斯表示，“萬一我們失敗，他們就不願繼續承擔這類風險了。”

此外，還有其它公司（包括資金實力雄厚的藍色起源公司和太空探索公司）也計劃參與這場激烈競爭。今年八月，藍色起源公司發起了一場訴訟，指控NASA在選擇太空探索公司製造載人登月飛行器的過程中，“評標過程不合法且不正當”。

這些都給直覺機器公司的項目團隊帶來了很大的壓力。2020年1月，中標僅過去八個月後，該公司的測試便開始了。工程師花了好幾個小時做準備。他們先是將電源和數據線接好，設置好三腳架上的高分辨率攝影機，進行了多次閥門測試，最後穿上防護服、戴上頭盔，開始灌注液氧。

無論從哪個角度來看，這家僅有130人的初創公司都面臨着巨大的壓力。可爲什麼這裏人人都笑容滿面呢？項目經理格雷格·瓦多斯解釋道：“因爲我們做事的速度比NASA快得多，我們很樂於看到這一點。”

　　圖爲SpaceIL的設計師正在欣賞重約1290磅的“創世紀號”登月飛行器。遺憾的是，該飛行器在2019年4月11日失去信號後墜毀。

另一輪循環

阿波羅計劃結束後，月球似乎就被人遺忘了。雖然有過許多關於建立月球市場的討論，甚至還有獎金高達千萬美元的Google月球X大獎，但自1976年以來，只有中國成功實現了登月。

如今對美國而言，重啓探月行動的迫切性已經達到了國家層面。2018年3月，NASA啓動了“商業月球載荷服務（CLPS）”計劃，準備先將一支由小型機器人登月飛行器和月球車組成的隊伍送上月球，後續再進一步開展載人登月任務。

這將爲野心勃勃的阿爾忒彌斯任務做好必要的準備。NASA計劃與商業夥伴和其它國際合作方一起實現人類在月球的長期居留，最終以此作爲火星遠征任務的跳板。但要想實現這些，登月飛行器首先要將22磅載荷送上月球表面。

NASA宣佈了自己的計劃後，直覺機器公司率先舉手，成爲了衆多參與登月任務的初創公司的中流砥柱。從某種意義上來說，這家公司就像NASA約翰遜航天中心“難民”們的專屬避難所。阿爾特姆斯就曾擔任過NASA約翰遜航天中心的工程總監。在任期間，NASA開展了多次往返飛行任務。但在NASA的生活令他感到苦不堪言。“我們想創造一種緊迫感，”阿爾特姆斯回憶道，“我們在NASA完成了航天飛機的退伍，完成了國際空間站的組裝，後來又終止了星座計劃。所有這些似乎都是爲了能力建設，根本沒有目的地。於是我們決定跳槽了。”

　　圖爲Nova-C登陸器引擎於2021年3月開展的第45次點火測試。使用液態甲烷驅動登月飛行器引擎將成爲直覺機器公司的衆多成就之一。

直覺機器公司的初衷是成爲一家商業公司兼智庫機構，爲航空、能源和醫療行業提供工程解決方案。但成立之後，該公司的主要業務一直是無人機，而不是登月飛行器。直到2018年，美國修改了月球相關政策，重新將月球作爲“任務重點，強調了其緊迫性”。這家小小的公司成功擊敗了其它競爭者，參與了首期CLPS任務。在此之後，該公司員工人數迅速翻番，如今在職者既有NASA的“退伍老兵”，又有剛剛畢業的年輕工程師。

例如，現年25歲的馬里奧·馬吉奧從科羅拉多大學博爾德分校拿到航空航天工程碩士學位後，一心想去休斯頓求職，如今他任職的團隊正在爲NASA研發登月飛行器。他指出：“在目前尚未退休的人中，有過登月經驗的人可謂寥寥無幾。”

直覺機器公司之前曾想與波音公司聯手、爲NASA打造載人級登月飛行器。但波音在人類登陸系統的競標中輸給了其它競爭者。不過，考慮到直覺機器公司一直在爲阿爾忒彌斯計劃進行硬件研發，該公司員工相信他們還有機會。例如，他們的3D打印VR3500着陸引擎在馬歇爾太空飛行中心的115號測試場創下了連續測試時間的最長記錄。因此直覺機器公司或許還可以與某家人類登錄系統的中標公司合作，參與其它登月飛行器項目。

直覺機器公司既有政府資金的支持，又有巨大的商業潛力。但如果無法成功登月，這些都毫無意義。

工程師馬吉奧正在檢查接線。這是測試前的衆多必要檢查事項之一。

月壤上的心碎時刻

2019年4月，以色列民營組織SpaceIL發射的“創世紀號”登月探測器在登陸的最後十分鐘功敗垂成，以一種戲劇化的方式提醒了航空界，登月是一件多麼困難的任務。

“創世紀號”在準備登陸時，首先利用自動化系統完成主推進器點火、讓速度慢下來。“飛行器的軌道速度約爲每秒1700米，要想實現軟着陸，必須將速度減少至零。”

SpaceIL高級系統工程師約阿夫·蘭茲曼回憶道。

根據軌道物理學，速度下降的同時，高度也會下降，相當於在垂直速度不斷加速的情況下向表面墜落。在登陸月球時，引力是最大的敵人，缺少大氣層倒不是主要的影響因素。如果在沒有大氣層的小行星上登陸，與其說是降落，其實更類似與國際空間站對接。但月球則不然，因爲月球的質量比小行星大得多，引力也強得多。

SpaceIL團隊向飛行器上傳了旋轉指令，讓主引擎對準軌道速度的相反方向，然後命令引擎點火。軌道速度隨後開始下降，15分鐘後減少至零。接下來再旋轉一次，飛行器便可轉爲着陸方向，開始垂直下降，同時利用主引擎降低速度、直至接近停滯。

然而19點22分時，遙感指示燈突然亮起了紅燈，登陸器開始以接近每秒75米的速度墜落。接着指示燈暗了下來，說明發生了故障。

SpaceIL團隊急忙嘗試重啓系統。但在這種情況下，“由於長距離通訊延時，成功採取干預的希望非常渺茫，首先收到故障提示，然後做出決定，再發送指令。如果故障導致引擎斷線，就無法通過地球發送指令及時重啓了。

事實上，“創世紀號”的引擎的確重啓了，但爲時已晚。其垂直速度已經達到了每秒134米，水平速度爲每秒947米。在距離月球表面僅1.6公里處，“創世紀號”的失敗結局已經註定。19點23分，棺材的蓋子徹底落下，信號就此消失。

蘭茲曼表示，這是我們在深空工程領域學到的重要一課。“此次事件說明，飛行器的自動化過程必須足夠穩定可靠，還要有恰當的冗餘和備用管理計劃。”但除此之外，他或許還學到了另外一件事：在日漸興起的登月行業中，他的專業技能或可大展身手。

“全球有過探月任務經驗的人並不多。爲幫助人類實現下一個巨重大飛躍，我覺得自己肩負着巨大的責任。目前我正在開展第一步，成立自己的商業公司，希望以此降低登月的成本和難度。”

2021年8月，直覺機器公司的工程師們正在檢查一些注塑件。

建造、飛行和演進

直覺機器公司的主引擎與反應控制系統（RCS）引擎設計師羅布·莫爾海德坐在指揮拖車裏，全神貫注地盯着面前電腦屏幕上的系統示意圖。今天的測試將以一套新研製的雙重點火系統爲重點。

這些都是自動化深空引擎，按照預先從地球上傳的指令採取行動。飛行控制中心計算機是引擎的終極“操作員”。只見一股藍綠色的火焰從推進器0.38英寸直徑的噴嘴中噴出，將液氧管線中噴出的大量微小冰晶撞進真空艙中。由於此次只是點火測驗，不需要複製太空環境，因此真空艙處於開放狀態。

火焰帶綠色說明有金屬在燃燒。甲烷與液氧混合燃燒的火焰通常是明亮的藍色。但在下一次測試中，火焰顏色變藍了一些；再下一次，藍色變得更深了。幾次測試幾乎毫無差別，但莫爾海德和他的團隊每次都會做出一些調整，試圖找出讓登陸器安全着陸的最佳壓力、溫度與燃料-氧化劑配比。推進器點火時的速度與推力對反應控制系統至關重要，因爲該系統必須有及時響應能力，才能對航天器進行精準控制。

甲烷的使用是個創新。等到Nova-C發射時，它將成爲首個引擎由液氧和液態甲烷驅動的登月飛行器。目前的探測器使用的是甲肼等自燃燃料，一旦與四氧化二氮結合，便會立即點火，但毒性很強。雖然這不是莫爾海德改用甲烷的主要原因，但甲烷的一大優勢是可以在火星上合成。

這類引擎從未進入過太空，因此研究團隊要抓住這一機會，證明它們並不存在什麼風險。Nova-C的主引擎負責減速，反應控制系統引擎則負責轉向。兩者都必須精準運作，才能在着陸過程中將自動系統的指令即刻轉化爲動作。

“我們瞄準的地點的着陸成功率有99%，”阿爾特姆斯指出，“等着陸點確定後，我們還會對該區域進行篩查，避開可能妨礙安全着陸的卵石和岩石。”

另一臺參與2022 年CLPS項目的登月飛行器由Astrobotic打造，名叫“Peregrine”。它將使用一套可視化系統進行導航，同時在下降過程中還會向地面發射激光脈衝，通過脈衝的反射情況測量下落速度、避開風險因素。該公司早在2014年便已和NASA簽訂了研發該系統的合同，並在加州莫哈韋沙漠中進行了測試。

Nova-C在着陸時僅使用視覺圖像處理技術，因此存在一定侷限性。就像光學轟炸瞄準具在缺少地表標誌的水面上不起作用一樣，黑暗的月球表面也令探測器難以判斷確切位置。“要想在月球上着陸，必須達到一定光照條件。”阿爾特姆斯指出，“我們已經把登月條件放寬到了任何地點、任何時間。但這會給我們招來大麻煩。”

在約翰遜中心工作過的員工表示，在NASA，“夠好了”就相當於“不可接受”。而在直覺機器公司則不然，這裏遵循的是一種“新太空思潮”，即“先建好，飛起來，再逐漸演進”。

“在NASA時，我們開始招標之前，會把能想象到的每一條要求都寫下來，確保供應商投標的結果越接近越好。”阿爾特姆斯指出，“但我們爲何要把自己的要求全都寫進去，幾乎不給供應商任何靈活度呢？而在直覺機器公司，我們完全可以打造一臺不算完美的登月飛行器，只要能成功登陸月球就行。等它登陸之後，我們再不斷改進它。”

雖然直覺機器公司計劃先將Nova-C送往月球，但Nova-D已經在研發之中了，能夠向月球帶去1100磅重的載荷。

在NASA老員工們享受着這裏自由氛圍的同時，年輕的員工則在期盼着光明的未來。許多人都認爲，自己這一代人將親眼見證人類對太陽系進行探索和利用。

“月球將幫助我們走向更遠處，”現年22歲的機械工程師威廉·安特曼恩指出，“這將爲我們開啓一個全新的領域。”

登月飛行器的排位

要想在“月球市場”上佔有一席之地，就要領先於其它競爭者。這些競爭者中，很多都與NASA簽訂了合同。加入CLPS計劃的公司最早有九家，2020年又有另外五家加入其中。

參與者們都希望NASA能提出不同尺寸的載荷需求，好爲自己爭取到一次飛行的機會。其中，Astrobotic公司將負責在2023年末把NASA的“揮發物調查極地探測漫遊車”（VIPER）送到月球南極，尋找水冰的存在。

作爲最早加入CLPS項目的中標方之一，這項價值1.995億美元的任務對Astrobotic公司而言無疑是一大勝利。該公司成立至今已有14年，相比之下，直覺機器公司2018年纔剛剛誕生。其研發的“Peregrine”月球登陸器計劃借聯合發射聯盟的火神運載火箭發射升空。但由於藍色起源公司供應的BE-4引擎交付延期，該登陸器可能需要另擇一家發射服務供應商。

直覺機器公司的IM-2任務計劃於2022年12月向月球南極發送第一臺登陸器。該公司的Nova-C登陸器將向月球送去史上第一臺月冰鑽探機，名爲“極地資源冰開採實驗1號”，以及一臺用於驗證月球上可使用4G通訊服務的漫遊車。今年7月，直覺機器公司與亞利桑那州立大學聯手拿下了另一份價值4160萬美元的NASA合同，將在IM-2任務期間從Nova-C上部署一臺“迷你登陸器”，用於考察月球上的深撞擊坑，其光學成像系統採集的數據將爲未來的月冰開採設備提供很大幫助。

若私企、大學和研究機構都能將資源集中起來，月球便將“唾手可得”。這或許能幫助直覺機器公司的NASA老員工們避免重蹈覆轍，因爲NASA的撥款優先級總是一變再變，令大家不知做何纔好。而藉助私人企業開展月球任務就可以很好地規避這一問題。直覺機器公司目前就是這麼做的。該公司今年八月宣佈，將在開展第二項NASA贊助的任務IM-2時，將部分空間租賃出去。有四名“客戶”將搭載IM-2的獵鷹9號火箭同時升空。

不僅如此，直覺機器公司還計劃進軍月球通訊領域。Nova-C登月飛行器將向月球軌道發射一顆由York Space Systems公司系統打造的衛星，其提供的帶寬可供教學機構或私企客戶使用。

但這一切實現的前提是，液氧/液態甲烷引擎必須達到完美狀態。事實上，自2020年1月的那次測試以來，直覺機器公司便一直在爲這一目標努力。測試當天出了不少問題，主引擎始終無法點火。員工們紛紛圍在機器旁，忙着更換閥門、清理管線。最後發現，問題似乎出在氧氣上。此次使用的氧氣中所含水汽過多，結成的冰晶堵塞了閥門。於是大家決定第二天開始尋找新的氧氣供應商。

反應控制系統的測試則要順利得多，引擎成功點火了幾十次。每一次短暫的點火都提供了引擎的性能數據，被添加到該團隊的登陸模擬數據庫中。然而在天黑之前，測試場氣溫驟降，連帳篷都被呼嘯的狂風扯破了。

這就是使用可移動測試臺的弊端，好在這種情況已有所改善。2021年10月，直覺機器公司正在打造一座“地堡”，引擎點火測試可以在其內部完成，這樣就不用“拖家帶口”地奔赴之前那條廢棄的飛機跑道了。

2020年1月的那次測試臨近尾聲時，一輪圓月從地平線上緩緩升起，在暮色四臨的夜空中散發出明亮的光輝。員工們的目光不禁閃爍了幾下。如果說他們需要激勵的話，最好的激勵莫過於此時高懸在他們頭頂上方的那輪明月。