來源：世界軍事 作者：趙金才

由於擔心熱帶風暴可能對發射造成影響，美國國家航空航天局宣佈，原定9月27日發射的新一代登月火箭再次延期發射，這已是美國今年第三次推遲發射計劃。美國國家航空航天局局長比爾·納爾遜在新聞發佈會上說：“兩次取消（發射）的成本顯然比一次失敗（發射）要低得多。”對美國航天部門而言，難以承受新一代登月火箭失敗之重。何謂新一代登月火箭？美國爲什麼接連推遲新一代登月火箭的發射？這背後有哪些深層次的原因？本文爲您解析。

命運多舛的新一代登月計劃

1961年5月，美國開始實施載人登月的“阿波羅計劃”。1969年7月，“阿波羅11號”載人飛船成功在月球着陸。1972年，美國中止“阿波羅計劃”。“阿波羅計劃”結束後，美國載人登月的腳步一停就是近50年。

2017年，時任美國總統特朗普簽署1號太空政策總統令，號召美國重返月球。2019年，美國國家航空航天局（下文簡稱NASA）發佈了未來登月及與相關企業合作的計劃。至此，美國重返月球不再停留於口號，而是開始動真格的了。這一重返月球計劃以希臘神話中太陽神阿波羅的孿生姐姐阿爾忒彌斯命名，即“阿爾忒彌斯計劃”。

NASA宣稱，“阿爾忒彌斯計劃”是一次全新的載人登月計劃。美國爲實現“阿爾忒彌斯計劃”制訂了三步走的計劃及詳細的時間表。按照最初的計劃，第一階段，“阿爾忒彌斯1號”任務將於2020年下半年執行，由安裝在“太空發射系統”（SLS）重型火箭上的“獵戶座”飛船圍繞月球進行爲期3周的無人飛行，然後返回地球。第二階段，“阿爾忒彌斯2號”任務將在2023年執行，“獵戶座”飛船搭載4名宇航員繞月球遠端飛行。該任務主要測試“獵戶座”安全載人往返月球的能力。第三階段，“阿爾忒彌斯3號”任務於2024年執行，“獵戶座”飛船將宇航員送至月球表面。NASA希望，其間，將兩名宇航員（男女各一名）送到月球南極，2028至2030年建立人類第一個月球基地，實現人類在月球定居、學習，並將其作爲前往火星或進行其他星際探索的中轉站。

然而，美國的重返月球計劃一波三折。堪稱美國重返月球計劃核心的“太空發射系統”重型火箭，首次發射時間一推再推。2020年1月，NASA針對“太空發射系統”火箭芯級進行了初次“熱火”測試。試驗中，由於“太空發射系統”的一個元件出故障，導致計算機主動關閉發射引擎，整場點火只持續約1分鐘，遠未達到原定的8分鐘點火目標。爲此，NASA安排了第二次熱試車。然而，就在試驗日即將到來時，NASA的工程師們在一次常規檢查中發現“太空發射系統”芯級上一個用來提供液氧的閥門出了故障，原定的測試不得不延期。直到2021年3月，“太空發射系統”火箭芯級才完成測試。2022年3月至6月，又經過一系列的演練後，首飛前的所有準備工序才宣告完成，之後確定在2022年8月29日執行“阿爾忒彌斯1號”任務。

當地時間8月29日，美國佛羅里達州的肯尼迪航天中心發射場外，聚集了成千上萬名航天愛好者，人們等待着見證美國新一代登月火箭的首次發射。航天中心內掛滿寫着“我們出發”的橫幅，發射場外的大型計時器，兩天前就已開始倒計時。美國副總統哈里斯也到現場觀看發射。然而，發射窗口期（美東時間8月29日8時33分至10時33分）到了，火箭卻沒有動靜。NASA網站隨後發佈消息，由於發動機故障，發射指揮部叫停了當天的發射計劃。

其實，今年早些時候，登月火箭發射的4次“彩排”就問題重重，但這些問題似乎沒有得到徹底解決。當地時間9月2日，因液氫泄漏問題，“阿爾忒彌斯1號”任務再次推遲執行。9月21日，火箭的燃料測試工作終於完成。然而，當地時間9月24日，NASA表示，由於熱帶風暴“伊恩”將於9月最後一週襲擊肯尼迪航天中心所在地佛羅里達州，原定9月27日進行的登月火箭發射再度取消。這是美國今年第三次推遲登月火箭發射。

“阿爾忒彌斯1號”的技術難點

拋開熱帶風暴襲擊等客觀原因，“阿爾忒彌斯1號”接二連三地被推遲，技術上面臨怎樣的困境？

針對9月初的推遲發射，NASA官方給出的解釋是由於氫燃料泄漏。這是火箭技術發展史上最難排除的故障，也是導致重大事故發生的大概率隱患。在大氣層內，火箭箭體與空氣摩擦產生的數千度高溫會引燃泄漏的液氫，導致火箭爆炸。歷史上的航天事故，大多都與動力裝置的推進劑和密封泄漏有關，比例達60%至70%甚至更高。氫燃料的缺點是很難運輸和控制，因爲氫分子很小，容易泄漏，而維持液體狀態還需要冷卻到極低溫度。更重要的是，液態氫極易揮發，有大規模燃燒的風險。NASA曾表示：“爲了防止蒸發或沸騰，以液氫爲燃料的火箭必須小心與所有熱源隔開。當液氫吸收熱量時，會迅速膨脹，因此還需要進行必要排氣，防止燃料儲罐過壓發生爆炸。而暴露在極冷液氫中的金屬會變得易碎。此外，液氫會通過焊縫中的微小孔隙泄漏出來。”數據顯示，40米高的液氫儲罐在充滿超冷液體後，長度會縮短152毫米，直徑縮小25.4毫米。這樣一來，管道、排氣管及支架等連接到儲罐的組件必須補償這種突然發生的收縮，密封就成了難題。一旦發生液氫泄漏，泄漏的氫氣超過一定比例，隨時可能與空氣中的氧發生化學反應，從而引發爆炸。所以，發現液氫泄漏，必須按照氫燃料安全規範泄回所有加註滿的超低溫液氫燃料和低溫氧化劑液氧，多輪次的氮氣置換後才能撤離發射塔架，運回設備總裝大廳進行故障修復。這個週期不亞於重新組織一次火箭的現場測試工作，難度和風險極大。因而，液氫燃料泄漏問題難以在現場短時間排除。

液氫泄漏對NASA來說已是發射頑疾。最著名的事件是1990年的“氫氣之夏”，當時，地面小組花了6個多月的時間試圖找到氫氣泄漏的根源。這一問題導致美國航天飛機在1990年全年停飛。

業內人士表示，NASA在“太空發射系統”火箭上繼續使用退役航天飛機採用的液氫液氧推進系統，延續航天飛機用液氫和液氧的雙組元推進模式。其優點是關鍵性能參數比衝很高，液氫的比重很小，燃料體積緊湊、燃燒效率高，用於深空探測的空間推力大，但其固有屬性也帶來一系列不好解決的問題。

NASA“阿爾忒彌斯”任務主管邁克·薩拉芬說，“整個探索項目的全部組合，包括‘獵戶座’飛船、‘太空發射系統’火箭，以及由火箭和飛船的飛行測控及發射系統構成的地面體系”。除了液氫泄漏這種頑疾，“阿爾忒彌斯1號”任務的船箭組合與“阿波羅計劃”完全不是一個概念。“獵戶座”飛船2014年已完成無人試飛。這個脫胎於“阿波羅”飛船的新式載人飛船，比“阿波羅”飛船大出許多。除了個頭更大，“獵戶座”飛船融入了電腦、電子、維生系統、推進系統及熱防護系統等諸多新技術。而作爲有史以來推力最大的火箭，“太空發射系統”的發動機構造、燃料類型、箭體材料等都發生了變化。“太空發射系統”火箭芯級由4臺RS-25發動機組成，外加兩個固體火箭助推器，整體產生的推力相當可觀。儘管RS-25發動機的口碑不錯，也經歷多次升級，但一些NASA專家認爲不應該選擇此類發動機，因爲其技術狀態都已過時。總的說，“太空發射系統”和“獵戶座”的組合，是航天技術升級的嘗試，意味着“阿爾忒彌斯1號”任務執行起來的確有相當的難度。

“人禍”影響的新一代登月火箭

美國新一代登月火箭因液氫泄漏推遲發射，雖然故障點和技術難點在這裏，但導致這一故障的出現是一種必然。

應當承認，美國於20世紀80年代誕生的航天飛機，是世界航天史上偉大的航天工程科技成就，彰顯了美國的科技創新能力，但由此也助長了美國國家航空航天局和由美國軍工寡頭利益集團控制的管理機構日益膨脹的官僚習氣，這直接造成1986年“挑戰者”號航天飛機在空中因密封圈漏火爆炸和2003年“哥倫比亞”號航天飛機重返地球大氣層時解體。這兩次任務的失敗和14名宇航員的犧牲，暴露了NASA在航天管理和技術發展上的重大戰略失誤和風險把控能力的不足。此後，美國航天政策出現一系列調整，技術路線也隨之發生變化。

2004年，共和黨小布什政府上臺，針對NASA在航天飛機上存在的嚴重超支和管理問題，提出了重返月球的“新空間探索計劃”。該計劃提出的17項使能技術，代表了未來空間領域的關鍵技術、方向及措施。其最有代表性的政策措施是引入競爭機制，打破以波音、洛克希德-馬丁爲代表的傳統航天企業的壟斷，支持更多的私營航天企業發展。

2008年，奧巴馬政府上臺後，需要一個新的航天計劃體現民主黨的話語權和領導力，便以預算太貴爲由取消了“新空間探索計劃”的“後登月時代”的宏大計劃，專注於將人類送上火星的火星探測計劃。這種背景下，以太空探索技術公司（SpaceX）爲代表的新興私營航天企業（又稱新航天私企）得以發展壯大。然而，2010年，美國國會指示NASA研發一款一次性的“太空發射系統”重型火箭取代航天飛機項目，將宇航員送上太空，而“太空發射系統”重型火箭是由波音與洛-馬聯合研製的。

共和黨的特朗普登上美國總統寶座後，重拾“新空間探索計劃”的衣鉢。特朗普和他的顧問團隊夢想着“來自私營航天的美國宇航員，乘坐私營公司的太空船環繞月球飛行”。他們給予正在開發與測試將貨物與宇航員送往太空的新航天私企極大的信任，後者也從中得到極大利益。美媒報道，SpaceX公司官首席技術官埃隆·馬斯克曾與特朗普面談，馬斯克本人也是總統商業領袖諮詢委員會的成員，他們與國會中代表新航天私企的議員是同一個利益集團。

然而，美國總統輪流坐。眼下，美國通脹持續加劇、失業率不斷上升、經濟即將陷入衰退，新登月計劃在拜登政府手中已成巨大的燙手山芋，很難投入相應的資金支持其發展。航天戰略規劃上的反覆搖擺，體現了美國兩黨將航天發展當成政治籌碼和獲取利益的工具。而以政治心態而非科學態度來指導航天的戰略規劃，不可避免地埋下戰略和技術風險。

2021年11月9日，前參議員、NASA局長尼爾森接受美國有線電視新聞網採訪。從他回答媒體的提問中，美國航天中的另一種“人禍”可見一斑。按尼爾森的說法，美國藍色起源公司需要爲NASA無法按計劃推進“阿爾忒彌斯計劃”負重要責任。因在與SpaceX爭奪與NASA合作開發載人登陸系統中落敗，藍色起源公司一怒之下將美國政府告上法庭。在長達7個月的訴訟中，NASA被明令禁止就載人登陸系統問題與SpaceX進行任何接觸。直到2021年11月5日，聯邦法官駁回藍色起源公司對NASA的起訴後，尼爾森才和SpaceX就載人登陸系統問題進行首次接洽。

NASA在管理上的技術官僚化也爲失敗埋下伏筆。芝加哥大學太空歷史學家喬丹・比姆表示，NASA堅持在SLS火箭上使用液氫做推進劑，並不是出於技術方面的原因。比姆說：“自1958年NASA成立以來，一直在利用遍佈美國各地的承包商維繫美國國會對太空探索的政策支持和資金支持。”“2010年，美國國會在資助NASA的授權法案中，明確要求NASA在新一代發射系統中使用現有的航天飛機技術。”他補充說：“這個決定是爲了在關鍵選區維繫NASA承包商的飯碗，讓他們從美國國會對NASA的支持中獲益。”比姆表示，NASA“必須經常優先考慮如何獲得美國國會的支持，從而維持太空探索計劃”。這道出了使用上述具有重大技術災難隱患的內在原因。

差錢又是一個問題。尼爾森表示，國會沒有給“阿爾忒彌斯計劃”載人登陸系統（HLS）足夠的資金支持。2021財年，NASA爲該系統申請的預算是33億美元，國會最終只給了8.5億美元。2020年9月，《福布斯》雜誌刊文稱，NASA當時預估完成整個“阿爾忒彌斯計劃”大概需要花費280億美元。而NASA發佈於2021年4月19日的一份官方文件顯示，NASA預估，到2025財年，“阿爾忒彌斯計劃”的總花費將達到860億美元。

此外，多份政府審計和調查報告發現，NASA在管理載人航天探索的方式上存在問題。2019年，馬克·斯蘭格洛從NASA辭職。辭職前，他曾幫助領導過NASA的重返月球計劃。斯蘭格洛認爲，NASA之所以未能取得任何可以跟“阿波羅計劃”相提並論的載人航天成就，組織問題可能是主要原因之一，“許多情況下，缺失的其實是管理技術的方式，是管理合同的方式，還有設置計劃的方法。這些事情也需要有所創新纔行”。

由於“阿爾忒彌斯1號”任務延期，2021年，NASA宣佈正式放棄2024年登月的目標，將載人登月的時間推遲到2025年。

新載人登月計劃寄託了美國航天重振雄風的夢想，然而，諸多因素掣肘之下，新一代登月火箭何時升空是個問題。