原文是在2023年9月写完的。时隔一年，很多信息都有所变化，年度例行更新备忘一下。主要是更新阿尔忒弥斯2号任务推迟，CLPS项目，NASA新的预算表，星舰进展等等。大部分语境还是一年前的，原帖同名，正文开始：
从2021年开始，到2030年，各种探索宇宙的竞争都会进入新的高潮。而作为这轮宇宙竞赛的巅峰，就是美国主导的重返月球计划---阿尔忒弥斯计划。以及与这个计划息息相关的月球门户空间站。这两个航天计划将是NASA近20年的旗舰工程，其中的技术特色、工程规模、投入资金，都可以比肩阿波罗计划。简单了解这两个工程，也是为即将到来的探索月球新高潮预热。
阿尔忒弥斯和门户空间站的任务标志
美国政府自2017年启动阿尔忒弥斯计划，到2020年发展为阿尔忒弥斯协定。通过NASA对涉及登月的各个子系统和发射集成商进行投资，组织各种商业公司研发大型火箭、飞船、探测器。在直接登月的阿尔忒弥斯任务上就已经花费200亿美元，在月球门户空间站和HLS登月系统上也分别花费了近30亿，而且每年都在追加预算。由于计划庞大，无论是NASA还是各种商业公司，方案都在不断调整。我没有精力去查看NASA的原始资料，只能通过中文社交媒体的只言片语，稍微记录些图文。其中跳过了很多我不理解、也没途径去深究问题。此文就当抛砖引玉，希望能给大家的脑海搭建个框架，更感兴趣的时候再去深究。
本文有7000字，红字大标题分别介绍阿尔忒弥斯计划、月球门户计划，并拓展介绍了这两个计划外的配套工程、延伸的政治协定、以及我国同类项目概况。阅读需要花一定时间，请先打开BGM：
阿尔忒弥斯计划
计划概述
在古希腊神话中，阿尔忒弥斯（Artemis）是月亮女神，也是阿波罗的孪生姐姐，用来做新登月计划的代号再合适不过。在航天飞机退役和国际空间站建成之后，美国NASA把眼光重新放回了月球。目标是2025年重返月球，并在后续任务中尝试建立月球基地，对月球开展实质性开发。
上图是早期的阿尔忒弥斯计划预算ppt，阿尔忒弥斯计划的核心是5次阿尔忒弥斯发射任务，其中第3、第5次会实现人类登月。目前已经有18名宇航员正在训练，男女各半。运载方式则非常复杂，采用载人飞船、登月舱使用不同火箭分别发射的方式，在月球轨道附近又分别与月球门户空间站对接，再进行登月。整个计划会兼顾登月和空间站建设，时间跨度好几年，使用的都是巨无霸级别的火箭。
关键设备1：SLS火箭
美国的NASA逐步将国际空间站运输任务转包给商业公司，而自己集中力量研发用于探月探火的旗舰火箭，即SLS（Space Launch System），这是自土星5号、航天飞机之后，人类最庞大的火箭。
土星5，航天飞机，SLS的尺寸对比图
SLS有block1和1B两种构型
NASA官网给出了详细的阿尔忒弥斯1任务各个配套工程的介绍文件，非常建议大家学好英语直接去看原版材料。连接如下：
https://www.nasa.gov/specials/artemis-i/img/Artemis%20I%20Reference%20Guide_Inter.pdf
关键设备2：猎户座飞船
美国有三款载人飞船：龙飞船，星际快线，猎户座。前两款都是商业公司竞标国际空间站通勤任务，只适合近地任务。真正的未来飞船，就是猎户座飞船。猎户座飞船最多可载人6人，使用欧洲ATV货运飞船的动力模块，专门适配SLS火箭。在执行登月任务时会搭载4人，也可以在深空中长期飞行，执行登陆火星的任务。猎户座也是可重复使用的飞船，NASA已经订购了6个动力模块，可以支撑到阿尔忒弥斯6号任务。
左起：星际快线、龙飞船、猎户座
猎户座4名成员的搭载方式
2014年使用德尔塔4重型火箭测试猎户座飞船
关键设备3：HLS（人类登月系统）
HLS就是登月舱，这个登月舱将比阿波罗计划的更大，所以NASA计划是单独发射，并让商业公司竞标。三家商业公司参与了投标：蓝色起源、SpaceX、还有Dynetics。最终中标阿尔忒弥斯3任务的是星舰。这个颇具争议的合同，还包括一次示范性试飞。但是NASA也放出了后续标段的招标，蓝色起源公司主导的蓝月亮登陆器中标，可能执行阿尔忒弥斯5任务。
上图就是两个中标方案的效果图，都至少需要进行一次DEMO演示任务。HLS相较于阿波罗登月的登月器，在月球停留的时间大大增加，可以说也是一个小型的空间站。但是适配这两个登月器的火箭都没有首飞。感觉很可能成为整个登月工程的瓶颈。其中星舰还在验证飞行阶段，没有入轨发射；新格伦号预计2024年11月首飞。
先看看进度靠前的星舰版HLS。从spaceX公布的几个图中，可以大致看到星舰登月的过程，堪比一个全新的登月计划。spaceX将首先发射一枚可以在近地轨道加油的星舰作为加油母船。然后再发射4次可回收版的星舰，为这个加油母船补充燃料。为什么要4次？可能是低温燃料在真空环境中大量挥发，泄露很快，再加上星舰要回收，每次加的燃料有限。最后才发射真正的登月版星舰。加油母船给星舰登月版补充燃料后，登月版才飞往月球轨道等待猎户座飞船。这个离奇的方案需要6次星舰发射，发射次数和重量甚至超过阿尔忒弥斯任务本身。随着阿耳忒弥斯2任务的推迟，星舰还有两年时间完成登月演示。似乎HLS完成登月后，将停泊在月球轨道上，等下次加油飞船来就可再次投入使用。
于是到了实际登月的阿尔忒弥斯3任务时，会出现一个怪异的场面。上图左边尺寸小的载人猎户座飞船，去和体积庞大却无人的登月版星舰对接。
阿尔忒弥斯1号：无人测试任务
这是很多火箭迷2022年最期待的任务，在年底成功发射，是土星5之后人类最大的火箭。和很多载人计划一样，新火箭和新飞船的首发，都是无人测试。任务其实挺简单，会进入月球的逆行轨道（DRO轨道，目前嫦娥5号的轨道器也在测试这个轨道）在两次接近月球表面后，返回地球。在飞船中安装了三个人体模型，测试宇宙辐射对人体可能的影响。相关作业帖：人类重返月球第一步：阿尔忒弥斯1号发射升空
任务发射的步骤图
庞大的SLS火箭转运发射架
阿尔忒弥斯2号：载人绕月任务
这是首次载人测试任务，这次任务将在第一次任务两年后发射，但已经宣布推迟到2025年9月。会挑选4名宇航员搭乘，任务过程中将会测试猎户座飞船的一些姿态控制，为以后交会对接做准备。这次任务选择的轨道和阿尔忒弥斯1号不同，没有利用月球的引力弹弓，而是进入一个更远的地月轨道面，这将是人类到达的最远距离。
已经选定的阿尔忒弥斯2任务乘组
阿尔忒弥斯3号：首次载人登月
在载人测试任务顺利之后的一年，也就是2026年，就要正式进行登陆月球的任务了。同样是选择4名宇航员，其中2名将通过HLS完成登月。据说这2名登月人员必须有女性以及有色人种。根据合同要求，HLS系统首先将在前一年完成一次无人测试。无人测试成功后，在2026年阿尔忒弥斯3任务之前，HLS（也就是登月版星舰）将提前发射并部署到月球的近直线光环轨道上，等待阿尔忒弥斯3任务去对接。在月球上计划待1周到3周。
阿尔忒弥斯3号任务的着落区就是在月球南极。各国科学家已经把月球南极当做最有价值的探索地区，这个区域已经证实存在水，有很多洞穴，可能存在适合开发的矿产资源。包括印度、俄罗斯、以及我国，也都将后续探测器的重点放在了南极地区。
阿尔忒弥斯3任务的火箭，包括载人的SLS和运送登月舱的重型星舰。但是由于星舰还在测试，后续能否如期完成登月舱发射任务，还是扑朔迷离。毕竟2025年首飞，紧跟着完成6次发射的登月舱示范飞行，确实太激进。
网友制作的阿尔忒弥斯3号候选着陆点与嫦娥7号候选着陆点对比图，阿尔忒弥斯3任务的登陆区都是15X15公里左右，登陆瞄准点是一个半径100米的圆。
最后，放一段在B站上找到的介绍阿尔忒弥斯任务的视频。看完之后大家对整个阿尔忒弥斯计划人类如何重返月球，有个基本的概念。
But，这次人类的野心不仅仅只是拍个短视频，带回几个月球石头，要长期留在月球上进行开发，所以还需要更复杂的航天计划。
月球门户空间站
近直线光环轨道（NRHO）
介绍空间站之前先介绍个名词：NRHO。晦涩难懂但是大家一定要记住。月球空间站选取的轨道，和我们通常说的近地空间站轨道，在天文条件上看是完全不一样的。月球门户空间站的目标有两个：一个是作为开发月球的中转站，需要距离月球足够近，方便往返和通讯；另一个是作为未来前往火星的前哨站，需要距离月球又不能太近。这样的矛盾体，天文学家们找到了NRHO，一个以第2拉格朗日点（L2）为核心的HALO轨道，但是从地球上看投影近似直线。这个轨道的特性，就是近月端只有3000公里距离，适合站月通勤；而远月端有7万公里，适合其他星际任务。而在L2点的光晕轨道，只需要少量燃料就能维持稳定，比如鹊桥中继卫星就在L2其他的光环轨道上。
而NRHO的缺点，就是发射时间窗口较小，需要复杂变轨才能到达。在2022年，电子号火箭发射了仅55磅重的CAPSTONE探测器，作为阿尔忒弥斯计划的先导任务，进入了NRHO轨道，验证真实的轨道特性。上图是wiki找来的，这个NRHO的轨道很复杂，几乎找不到直观的图片，一般周期6-8天。
空间站概述
整个门户空间站类似国际空间站的微型版，主要功能就是确保4人能在月球轨道上生活1-3个月。期间要确保登月器、载人飞船、货运飞船的多次对接。空间站包括动力、生存、通信等模块，但空间会小很多。因为距离地球非常远，需要SLS、重型猎鹰这样的火箭运输组件。
上下图是新旧两个门户空间站供应商示意图
HLS已经换成了星舰和蓝月亮
关键组件
动力模块、简易后勤模块、生活拓展模块、通讯和加油模块、气闸舱。除了前两个模块是使用重型猎鹰发射，后续的模块都是由阿尔忒弥斯任务与猎户座飞船一起送往门户空间站。
动力模块，学名是动力与推进元件（Power and Propulsion Element，简称PPE）其实就是一个60千瓦的太阳能电站，基于Maxar1300卫星平台研制，附带一个离子推进器。大约8吨左右，作为整个门户空间站的资源舱。
简易后勤模块，学名是居住和后勤前哨站（Habitation and Logistics Outpost，简称HALO）是基于天鹅座货运飞船改装的。天鹅座飞船本身也不大，要在里面集成居住、存储、中继功能，还要带三个对接口。其实就是个大号的节点仓。HALO将和PPE并联发射，一起入轨。也具备居住功能，但是内部空间确实很小。
国际居住舱（International Habitation module，I-HAB），基于国际空间站标准舱段开发，是正式的居住舱。由欧空局研发，名称已经改成了Lunar I-HAB。这个舱段一端对接在HALO上，另一端用于对接猎户座飞船。将跟随阿尔忒弥斯4号发射。
ESPRIT 名字长得我都懒得翻译 （European System Providing Refueling, Infrastructure and Telecommunications），看上去加强通讯和做燃料补给用的。也是欧空局研发，名称改成了比较通俗的Lunar View。这名字源自其有一圈观察窗，以后可以用来和货运飞船对接，接收燃料等。这个舱段将跟随阿尔忒弥斯5号发射。另外欧空局还有一个用于和月球表面通讯的组件，叫做Lunar Link，看上去是外挂在空间站表面。
除了以上四个核心舱段外，后续的阿尔忒弥斯任务可能还会带去一个气闸舱，让门户空间站也具备出舱能力和小卫星释放能力。以及一个加拿大生产的8米左右的机械臂。
初始任务：重型猎鹰
NASA已经将门户空间站的第一次发射合同交给了spaceX，大约3亿多美元。前两个组件将同时发射，包括PPE能源模块和HALO简单居住模块，使用的火箭是重型猎鹰。任务时间点鸽到了2025年底到时候可能会出现个很匪夷所思的场面，就是spaceX使用6次巨大的星舰发射来运输HLS登月单元，却只用一次重型猎鹰来执行门户空间站首发。
首次人员进驻：阿尔忒弥斯4号
从阿尔忒弥斯4号任务开始，将由推力更大的SLS block 1B 型火箭执行。B型较基本型的改进是第二级增加到4台发动机，这样远程运输能力就会得到很大提升。NASA计划是用block 1B火箭同时执行载人飞船和空间站组件运输任务。这次携带的将是居住单元Lunar I-HAB，携带方式类似阿波罗计划的登月舱，发射后飞船将掉头和I-HAB对接，在一起奔赴门户。这次任务的目标不是登月，而是建设好门户空间站，形成一个PPE舱、HALO舱、I-HAB舱、猎户座飞船的组合体，具备基本支撑宇航员长期居住的环境。
正式登月：阿尔忒弥斯5号
这次任务将是门户空间站投入运转后的第一次任务。也将奠定未来登月的基本任务节奏。前期还包括两次支撑任务的对接，一次是第一次货运任务，由重型猎鹰发这货运龙XL飞船，另一次是HLS登月舱任务。第一次货运任务对接口在I-HAB舱。HLS任务也是第一次和门户空间站对接，对接口在HALO舱。万事俱备之后，阿尔忒弥斯5号才将4名宇航员送往门户空间站。同样，一起运送的还包括ESPRIT模块。这个模块将对接在HALO舱，并连接起猎户座飞船。至此，门户空间站将达到最大形态，包括PPE舱、HALO舱、I-HAB舱、ESPRIT舱、HLS登月舱、货运龙XL飞船、猎户座飞船，总共7个舱段。宇航员将在这样的环境中，支撑为期三个月的登月任务。另外还有一个月球车LTV组件，似乎NASA是想直接发射到月球着落点，不必和门户空间站对接。
月球之门空间站想象图
LTV月球车的概念演示车，可具备生活条件
货运任务
除了空间站建设任务，还要有配套的货运飞船。首批的货运飞船合同，也是给了spaceX，将使用货运龙XL飞船执行。这款深空版的货运飞船，由重型猎鹰发射，将不需要返回地球。每次猎户座对接月球门户之前，会有货运飞船先对接，运送5吨左右的补给物资。另外，日本也在设计HTV-X货运飞船，由两次H3火箭组合后再飞往月球，也可以承担货运任务。
看完上面的介绍，很多人可能都晕了。还好又找到了一个B站视频，介绍了门户空间站建设的过程。从初始任务到阿尔忒弥斯6任务的建设过程。当然，这个是视频也是早期的，其中很多顺序、模块都在不停的调整。整个阿尔忒弥斯计划的非常庞大，任何一个子系统的故事都能拍出一个季的美剧，很多原始资料也都是英文。很多内容我也只能点到为止，如果大家有纠错或者分享更好的资料，欢迎评论区留下线索。
作为对比，有兴趣的朋友也可以去看看我以前写的国际空间站建设帖：国际空间站的建造过程图解
计划之外的计划
重型火箭计划
月球距离地球远达38万公里，远超常规火箭的运力。所以除了阿尔忒弥斯计划本身，各种重型火箭计划同样息息相关。由于整个计划异常复杂，又需要商业公司分担任务，所以很难使用单一型号的火箭完成所有发射。这就给整个计划带来更不稳定的因素。特别是HLS任务的星舰还没正式入轨，另一个HLS的新格伦飞船也没有首飞，HLS能如期完成验证飞行打满问好。即便是阿尔忒弥斯的核心SLS火箭，也是经历了连鸽三次的尴尬。配套的四款巨无霸火箭，目前只有重型猎鹰是稳定发挥。2026年重返月球，确实压力很大。
商业探月计划
除了耗资巨大的载人登月任务，NASA还利用中小公司和火箭完成月球无人探测，即CLPS商业月球有效载荷计划。该计划选取14个公司作为供应商，各自认领感兴趣的科研任务并研发配套着陆器，NASA每年会发两个标，给这些公司竞争执行探月任务。这个计划将作为阿尔忒弥斯的拓展任务，一方面拉动整个月球商业产业链，做一些技术预研；另一方面也可以分担阿尔忒弥斯的任务压力，鸡蛋不放在一个篮子里，万一阿尔忒弥斯任务推迟，这些小探测器仍然能完成一些采样探测任务，再等待载人飞船到来。关于CLPS，我另外写过一篇：未来各国的月球着陆探测器
