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星空下的宇宙塵埃
演變為美中太空競賽的登月計劃

[비즈한국] 人類重返月球的構想已不再僅僅是一個浪漫的宣言。這不僅僅是插上一面旗幟然後返回地球那麼簡單。美國國家航空航天局(NASA)目前籌備的是在月球南極建立一個永久性據點。更準確地說,是在月球最寶貴的“房地產”區域進行偵察、搶佔先機,鋪設電力與通訊網路,並部署漫遊車,最終為人類長期駐留打下基礎。然而,這一計劃近期的複雜程度遠超預期,因為NASA的核心合作伙伴藍色起源(Blue Origin)的“新格倫”(New Glenn)火箭在發射臺上發生了爆炸。

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2026年5月28日,在佛羅里達州卡納維拉爾角36號發射場,一枚“新格倫”助推器在燃燒測試過程中噴出巨大火焰併發生爆炸。此次事故導致火箭被毀,發射臺的很大一部分也遭受了嚴重破壞。NASA判斷,修復發射臺將需要相當長的時間。

“新格倫”不僅是藍色起源的大型運載火箭,還承擔著NASA月球基地計劃和“藍月”(Blue Moon)著陸器計劃的重任。因此,這次事故的影響非同小可。藍色起源原計劃透過“藍月Mark 1”著陸器驗證月面貨物運輸的可行性,隨後利用更大的“藍月Mark 2”參與“阿爾忒彌斯”(Artemis)載人登月競賽。然而,其第一道關卡——發射環節便陷入了動盪。

今年5月爆炸的藍色起源“新格倫”火箭。圖片來源=藍色起源 X平臺

正因如此,SpaceX再次受到矚目。實際上,SpaceX原本就是整個阿爾忒彌斯計劃中最關鍵的合作伙伴之一。其“星艦”(Starship)HLS早已是NASA選定的載人登月艙候選,被視為將阿爾忒彌斯宇航員從月球軌道送往月表的關鍵手段。但隨著NASA近期修改了阿爾忒彌斯3號計劃,SpaceX與藍色起源變成了競爭對手。NASA計劃在阿爾忒彌斯3號任務中,不再直接進行登月,而是先在低地球軌道上進行SpaceX或藍色起源的商業著陸器與獵戶座(Orion)飛船的交會對接測試。

阿爾忒彌斯3號不僅僅是誰先登上月球的問題,而是誰的著陸器更具備載人資質的問題。NASA將SpaceX和藍色起源放在同一測試平臺上,實際上進行著一種“公開試鏡”。

阿波羅計劃幾乎完全由國家直接管控。從土星五號、指令艙、登月艙到運營細節,全部都在龐大的國家專案中執行。而阿爾忒彌斯計劃則是在SLS和獵戶座等政府主導系統的基礎上,疊加了SpaceX、藍色起源、Astrobotic、Intuitive Machines、Firefly等民營企業的硬體。這種結構既快速靈活,但也存在風險。

民營企業的著陸器一旦失利,NASA整個科學任務都會受到動搖。民營火箭發射臺的命運甚至可能拖累整個月球基地的時間表。雖然政府降低了財政風險,但任務本身的風險依然存在。這一次,藍色起源的爆炸事故將這種風險變為現實。

NASA執著於月球南極的原因也很明確。那裡不僅僅是一個未曾涉足的有趣旅遊地;相反,如果只是去插個旗子,那將是最糟糕的選擇。那裡極端地共存著陽光與黑暗。山脊的高點因太陽長時間停留在地平線附近,可以實現持續的太陽能發電。而在隕石坑深處,則存在著數十億年不見天日的永久陰影區,那裡極有可能儲存著水冰和揮發性物質。NASA也認定月球南極更有利於長期探測。

阿爾忒彌斯計劃將要建設的月面基地想象圖。圖片來源=NASA

這裡獲取的水不僅是飲用水,它還可以轉化為氧氣、氫氣,甚至成為燃料。水本身也能作為輻射遮蔽層。它不僅是宇航員的飲用水,更是決定整個月球基地生命維持系統及火箭燃料生產潛力的重要資源。在月球上,水就等同於透明的石油。

近日,NASA宣佈了雄心勃勃的“月球基地”(Moon Base)計劃,稱將分階段構建規模達200億美元的基地。第一階段從現在起至2029年,重點在於快速機器人任務、技術演示、月球地形偵察以及地表執行基礎設施的建設。NASA計劃進行總計25項任務、21次著陸,並利用漫遊車、無人機和中繼衛星。透過反覆登月,降低失敗風險,精選著陸點和據點,體驗月球塵埃的飛揚規律,測試漫遊車的行駛極限,並查明月球表面的通訊覆蓋範圍。

第二階段從2029年開始,可以稱之為重工業階段。屆時將部署大規模太陽能電網,安裝初期核裂變反應堆,計劃透過總計24次著陸,將重達60噸的硬體送上月球。

SpaceX載人登月飛船“星艦”HLS著陸月面的想象圖。圖片來源=NASA

目前已選定了三處月球基地選址。月球基地1(Moon Base 1)原定選用藍色起源的巨大“藍月Mark 1”作為著陸器,代號為“Endurance”(堅韌號)。該著陸器原計劃執行無人試飛任務並前往沙克爾頓隕石坑邊緣。但受此次事故影響,SpaceX的HLS取代其位置的可能性大大增加。

月球基地2(Moon Base 2)分配給了Astrobotic的格里芬(Griffin)任務,計劃搭載Astrolab製造的500公斤級大型商用漫遊車前往諾比爾(Nobile)隕石坑。月球基地3(Moon Base 3)則選定了Intuitive Machines的IM-3任務,目標指向以美麗月球漩渦聞名的賴納伽馬(Reiner Gamma)地區,並在此繪製磁異常的詳細地圖。月球基地面臨的一大難題是月球缺乏像地球那樣強大的磁場保護層,而這些漩渦地形被推測殘留著磁場痕跡。如果想要尋找長期居住點,可以考慮這種磁場依然存在的地貌。

月球基地不僅是單一建築,更將成為運營經驗的活化石。其中“Moonfall”無人機引人注目,這是一種比輪式漫遊車更能自由調查月球南極崎嶇地貌的自主飛行機器人。如果說火星“機智號”(Ingenuity)直升機展示了在火星大氣中的飛行潛力,那麼“Moonfall”的概念則是在幾乎沒有大氣的月球上,透過反覆進行火箭式跳躍與著陸,調查難以觸及的地形。

特別是在月球南極,無人機非常有用。僅憑地圖著陸太過危險。因太陽高度角低,陰影拉得很長,隕石坑邊緣和山脊佈滿了岩石與斜坡。從地球上看似乎平坦的地形,對實際著陸器而言可能就是巨大的災難。著陸器引擎噴出的火焰和氣體可能導致月塵和岩石高速飛濺,損壞周邊裝置。因此,在未來的月球基地,著陸場、居住區、漫遊車停車場、核電站、採礦場及通訊塔等主要設施應儘可能相互遠離。

月球基地的總規模達到數百平方公里,並不意味著要在那裡面鋪滿建築,而是指將主要設施儘可能分散開來。但恰恰是在這一點上,政治敏感的爭論苗頭可能會產生。

美國透過《阿爾忒彌斯協定》與近60個國家共享月球探測準則。NASA表面上稱該協定為民營航天探測日益頻繁的時代提供了共同原則,但在月球和火星表面,“安全區”和“操作區”是非常敏感的概念。如果月球上有頂級房地產,那應該就是沙克爾頓、斯維爾德魯普-漢森(Sverdrup-Henson)和德·熱拉什(de Gerlache)隕石坑周邊區域,那是月球上的“蛋黃區”。競爭月球的國家自然會優先盯上這裡。當然,根據國際法,任何國家都不得擁有月球和火星的領土所有權。

然而,率先部署著陸器、無人機、漫遊車、發電設施和通訊裝備的一方,實際上會對周邊區域擁有強大的運營優先權。雖然不是紙上劃定的國境線,但在塵埃上建立的基礎設施可能起到實質性界限的作用。因此,目前發生的月球競賽與20世紀60年代插旗競賽完全不同。因為這次競爭不是看誰先到達,而是看誰先鋪設好可運營的系統。

長征十號模型。圖片來源=維基共享資源

正是這一點引出了中國。中國也瞄準了月球南極。此前,中國透過“嫦娥”系列任務成功實現了月球取樣返回,並著陸在月球背面,積累了紮實的機器人探測經驗,也在長期規劃中構思著同樣的月球南極基地。中國計劃在2026年8月之後發射第七個“嫦娥”探測器,此次目標是準確落在月球南極沙克爾頓隕石坑的另一側山脊。中國也愈發露骨地瞄準了月球南極。

從美國的立場來看,月球南極既是科學基地,也是戰略據點。如果中國先行在永久陰影隕石坑周邊著陸,鋪設通訊電力基礎設施並掌控水冰候選區域,那麼美國的阿爾忒彌斯計劃將不再僅僅是科學任務,而會被捲入地緣政治競爭。

NASA的阿爾忒彌斯計劃原本包含繞月執行的空間站“月球門戶”(Lunar Gateway),但該計劃已被全面取消,這不僅僅是因為成本問題,更是因為中國追趕的速度太快了。中國的載人登月計劃正在迅速推進,中國已將載人登月目標鎖定在2029年至2030年。載人飛船“夢舟”計劃由長征十號火箭送往月球。中國並非孤軍奮戰,已與17個國家展開合作,投身於月球競賽。

歸根結底,問題在於時間。NASA的目標是透過阿爾忒彌斯4號在2028年實現首次載人登月。但事實上,很多人評價這一時間表過於激進。SpaceX的“星艦”HLS雖然宏大且具有創新性,但必須解決在軌道上進行推進劑空中加註這一史無前例的難題。要將“星艦”用作登月艙,必須在地球軌道上多次補充極低溫推進劑。必須實現甲烷和液氧的長期儲存、在太空中大規模輸送以及再次點火,並且要確保能安全無誤地送入月球軌道。

這不僅是簡單地把火箭造得更大規模的問題,還涉及極低溫流體力學、隔熱與閥門控制、微重力下的流體管理,以及多重發射運營經驗等複雜問題。藍色起源的“藍月”相對更接近傳統的登月艙,但也絕非易事。“藍月Mark 1”首先要驗證貨物著陸能力,“藍月Mark 2”隨後要驗證承載人員所需的生命維持系統和雙重安全性。然而,卻發生了“新格倫”爆炸事故。

雖然藍色起源聲稱將在一年內恢復,但發射臺爆炸是比常規火箭發射失敗更嚴重的事故。因為這失去的不只是火箭,連發射下一枚火箭的地面基礎設施也消失了。回顧2016年,SpaceX在獵鷹9號發射臺爆炸事故後,僅修復就耗費了近15個月的時間。

因此,即將到來的阿爾忒彌斯3號任務變得至關重要。即使阿爾忒彌斯3號不直接登月,它也會測試登月前必須解決的問題。獵戶座將安全地與商業著陸器會合、靠近、對接並調節氣壓,確認宇航員是否能順利轉移。此外還將評估著陸器內部氧氣生成、二氧化碳清除是否正常,並驗證電力、冷卻、通訊、導航及應急程式的執行情況。

哪怕是阿爾忒彌斯2號中引發爭議的廁所問題這樣的小事,在實際任務中也可能演變成致命事故。如果說阿爾忒彌斯2號是在驗證人類能否在獵戶座飛船記憶體活,那麼阿爾忒彌斯3號則進入了下一步。NASA之所以將阿爾忒彌斯3號的任務地點選在地球低軌道而非月球,原因也在於此。在低軌道,即便出現問題也能快速返回;而在月球軌道,一旦發生事故,幾乎沒有選擇餘地。

從這一點來看,藍色起源爆炸事故後,SpaceX的存在感大幅增強也是理所當然的。如果藍色起源的時間表搖搖欲墜,NASA最終將別無選擇,只能重度依賴“星艦”HLS。當然,如果“星艦”開發程序遲緩,而藍色起源又能快速復原,那麼“藍月”或許還有機會。

NASA並不想依賴單一公司,而是希望讓兩家公司競爭,並選擇進度更快的一方。這既是新的太空競賽,也是美國與中國之間的競爭,同時也是美國國內SpaceX與藍色起源之間的競賽。這場競爭的獲勝者不僅能獲得首次登月的榮耀,更將掌握未來月面貨物運輸、載人著陸、漫遊車、基地建設、資源開採、通訊網建設等巨大產業市場的領導權。兩家企業都對此垂涎三尺。

突如其來的爆炸事故使藍色起源暫時受挫,但SpaceX的“星艦”開發任務同樣繁重。如果兩家公司都延誤進度,NASA 2028年的登月目標將可能整體推遲。即使如此,NASA構建月球基地的方針似乎也不會改變。可能會改為在無法立即送人上月球的情況下,先鋪設基礎設施,並利用無人機器人同步進行儘可能多的準備工作。

在插上旗幟的那個年代,月球依然是太空時代的浪漫象徵。但現在的競爭已完全不同。終有一天,有人會在月球上生活,地球上令人厭倦的政治與經濟博弈也會延伸至月球。月球不再是夜空中浪漫的天體,它將成為人類在地球之外運營的首個工業現場、科學基地、外交舞臺,以及邁向下一個行星的前哨站。或許,我們現在能夠看著天空中掛著的明月,在沒有城市光汙染的情況下純粹地感受快樂,已經是最後的一段時光了。

作者 池雄培(Ji Woong-bae)?熱愛貓咪與宇宙。兒時在看過《銀河鐵道999》後,立志將宇宙之美傳達給世人。目前擔任世宗大學自由專業學部助理教授,積極從事講座與寫作等多種科學傳播活動。著有《關於天文學家的無用論》、《我們都是作為天文學家出生的》、《看宇宙時湧現的奇怪問題》等書,並翻譯了《我為何謀殺了冥王星》、《量子人生》、《UFO》等作品。

本文由AI自動翻譯。與韓語原文相比可能存在誤差。
지웅배 천문학자
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