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重返月球为何如此艰难
NASA的阿耳忒弥斯月球计划面临前所未有的挑战
1972年，阿波罗17号宇航员从月球返回地球时，他们不可能想到，这将是人类超过50年内最后一次深入太空旅行。尽管乔治·W·布什、巴拉克·奥巴马、唐纳德·特朗普和乔·拜登等总统都曾计划进行月球任务，但自此之后，没有宇航员冒险超越地球轨道。最终，NASA准备在计划于2025年秋季发射的阿耳忒弥斯II号飞行任务中将人类送回月球。为什么这么困难？
这项新任务类似于1968年的阿波罗8号飞行，当时三人绕月飞行后返回地球。阿耳忒弥斯II号将派遣四名宇航员进行为期10天的绕月之旅，这是NASA新型太空发射系统(SLS)火箭和猎户座太空舱的首次载人测试。尽管美国已有数十年时间可以提高此类旅程的水平，但即将到来的旅行与20世纪中叶的类似之处在于，它将远非易事。
“不是因为它们容易，而是因为它们很难”，这是约翰·F·肯尼迪总统在1962年的一篇著名演讲中试图激发对阿波罗计划的支持时给出的理由。现在仍然如此——事实上，到达月球可能比几十年前更加困难。
NASA的阿耳忒弥斯计划一直受到长时间延误、成本超支和意外问题的困扰。这些问题与许多陆地项目相似，例如地铁升级和高速公路建设，这些项目似乎也比过去需要更长的时间，并且通常成本更高。现在真的更难建造伟大的事物了吗？关于月球，为什么重现美国半个多世纪前完成的壮举需要这么长时间？
阿耳忒弥斯的下一步本质上是对阿波罗8号的重演，但该计划还有远大的目标，超越月球。“最终，我们的明确目标是火星，”阿耳忒弥斯II号任务经理马修·拉姆齐说。“这非常困难——到达火星并在火星上生活——所以我们分小块进行。”
该计划的第一阶段，阿耳忒弥斯I号，于2022年将一艘无人驾驶飞船送到了月球并返回。在阿耳忒弥斯II号之后，第三到第六阶段将把人们送上我们的天然卫星，然后建立月球门户的部分设施，一个围绕月球运行的空间站。后来的任务也将专注于在月球表面建立可居住的营地。
阿耳忒弥斯计划刚刚起步，就已经面临长时间的延误，并且该计划面临着重大问题，这些问题在NASA监察长办公室最近的一份审计报告中列出。首先，到2025年，它将消耗930亿美元，比预期多出数十亿美元。其次，根据审计报告，阿耳忒弥斯I号冒险揭示了“在将机组人员送上阿耳忒弥斯II号任务之前需要解决的关键问题”。例如，猎户座太空舱的热盾的故障方式与工程师预测的不同，原因尚不清楚。航天器的螺栓面临“意想不到的熔化和侵蚀”。电力系统出现了异常，可能会使未来的机组人员缺乏足够的能量和冗余，甚至可能没有推进或加压。
这些“异常”(太空类型用于重大问题)“对机组人员的安全构成重大风险”，报告称。它们发生在其他硬件、数据和通信挑战之上。此外，监察长发现，初始发射对系统造成了意想不到的损坏，导致维修费用超过2600万美元，这比团队预算的费用高得多。这有很多故障和很多钱——尤其是对于一项不会完成我们在1960年代没有实现的许多首创任务的使命来说。
考虑到我们之前已经做过这件事，今天的月球任务如此具有挑战性似乎很奇怪。但情况不同，乔治华盛顿大学空间政策研究所所长斯科特·佩斯说。“世界环境非常不同，”他说。美国不再处于太空竞赛中——这是一场生存斗争，要在共产主义者之前领先并成为第一个在地球之外做事情的人。那时，冷战动态在起作用，新独立的国家正在决定遵循哪个治理系统——这个决定可能(理论上)受到民主国家探索太空的能力的影响。这种“软实力”的思考认为，可以表明美国的方式是最好的方式，同时使用该国的导弹式火箭暗示硬军事优势。考虑到这些风险，美国政府愿意在短时间内向阿波罗计划投入巨额资金。
阿耳忒弥斯很昂贵，但阿波罗更是昂贵：根据行星学会的数据，该计划在今天的美元中花费了约2900亿美元，而阿耳忒弥斯的费用为930亿美元。在那些年里，NASA经常享有4%的国家预算。今天，它幸运的是获得了大约1%，并且还有许多其他航天器、望远镜和研究项目需要资助，这些项目超越了载人航天飞行。
乔治华盛顿大学荣誉教授、空间政策研究所创始人约翰·洛格斯登认为，这种预算减少是有意义的。“没有理由像战争一样花钱，”他说。“目前，没有任何国家利益或政治利益为这种动员提供基础。”
阿波罗和阿耳忒弥斯计划预算图表。今天的联邦总预算比阿波罗时代的两倍还多，但NASA现在收到的份额比当时小得多。阿波罗预算(以2023年美元计)为2910亿美元(占NASA预算的66.6%)；阿耳忒弥斯预算估计为930亿美元(占NASA预算的26.8%)。
这些更宽松的动态缩小了现金的规模，并将太空任务的规划置于更曲折的道路上。在1960年代，肯尼迪宣布该国将在那个十年内登上月球，它做到了。在现代，由一位总统制定的太空飞行计划经常被另一位总统取消，然后以不同的形式复活。结果，通往月球(及更远)的轨迹曲折不定。
世界秩序也发生了变化，太空任务现在往往是全球合作，佩斯指出。阿耳忒弥斯计划是日本、加拿大、阿拉伯联合酋长国和欧洲航天局之间的合作。国际参与实际上是该计划的一个重要组成部分。“阿耳忒弥斯具有科学目的——返回月球等等，”佩斯说。“但它也是一种塑造太空国际环境的方式。”这种塑造比1960年代更重要，当时人类更少依赖地球上空的基础设施。如今，轨道航天器使一切成为可能，从GPS功能到导弹预警到银行业务。通过与其他国家合作并建立行为规范，说服其他国家将太空视为宝贵的资源，有助于我们保持太空安全和那里的参与者负责。“规则是由在场的人制定的，”佩斯说。
这是一个比赢得比赛更模糊的目标。“如果有明确的明确动机，事情会简单得多，”洛格斯登说。但是与其他国家合作，其中一些正在为阿耳忒弥斯建造硬件，需要更长的时间，就像做小组项目比单独熬夜更烦人一样。根据NASA监察长的说法，该计划的全球性质也增加了成本，NASA没有一个总体战略来应对它所带来的所有合作伙伴。
然而，在佩斯的观点看来，这些因素都不是月球轨迹上的主要绊脚石。最大的挑战是，尽管美国已经去过月球，但我们最近没有去过月球。“我们停下来了，然后忘记了，”他说。正如他继续所说，仅仅因为你在50年前跑了奥运马拉松，并不意味着你明天就能再做一次。
对于阿耳忒弥斯来说，马拉松还涉及新的、更复杂的技术。火箭方面的基本原理并没有太大变化：大型火箭本质上是将物品提升到太空的炸弹。许多参与者也是相同的。波音公司参与了将阿波罗任务向上发射的土星五号火箭的开发。对于阿耳忒弥斯，该公司设计并建造了SLS核心级，这是一台巨大的机器，高212英尺，宽近28英尺。该组件为发动机提供燃料，这些发动机将SLS从地面推开并将其以正确的方式发送——由波音公司创建的航空电子系统提供帮助，该系统也位于机上。该公司目前因其飞机的质量控制问题以及将两名宇航员困在国际空间站的故障航天器而陷入争议，还负责后续阿耳忒弥斯任务的火箭级。
波音公司在土星五号上的古老工作与其现代表亲之间有一些很大的区别。这一次，他们使用计算机控制的加工以及一种不熔化和扭曲金属的摩擦焊接技术来建造火箭级。该公司还使用计算机来分析火箭级的状态并实时监控它们的行为——这是阿波罗所缺乏的视角。
与此同时，诺斯罗普·格鲁曼负责火箭助推器，这些助推器绑在核心级的两侧。这些为SLS提供了超过75%的发射动力。助推器的许多工程都来自航天飞机计划，在某些情况下，它们的硬件部件实际上在航天飞机任务中飞行。这些助推器，就像导弹一样，使用固体火箭燃料而不是液体。“我们理解得更多”，布朗说。尽管如此，意外还是会出现，比如猎户座的热盾退化，尽管进行了所有的复杂计算机模拟，但在第一次再入大气层后，它还是缺了一块。即使有了今天的计算能力，也不能保证结果完美。阿波罗显然没有这样的分析就成功了。但是，一旦有了这样的预测能力，工程师几乎有义务利用它们来精确地了解他们将宇航员置于什么样的环境中。
自太空竞赛以来，社会对风险的态度发生了变化，约翰·霍普金斯大学的生物伦理学家杰弗里·卡恩说。他曾坐在由美国国家科学院组成的小组中，负责独立分析宇航员生命的伦理问题，包括哪些危险值得冒险。这个成本效益方程在1960年代产生了不同的计算结果。赢得对共产主义者的太空竞赛的潜在巨大回报通常被认为是值得承担更多风险的。如今，任务的动机更加模糊，风险较低，因此随之而来的回报并不能证明承担那么大的风险是合理的。
那时，当权者也对我们现在知道的某些风险一无所知，因为太空当时是一个新的前沿。宇航员来自那个“正确的东西”的老模具。“宇航员骑摩托车，开快车，”卡恩说，除了是测试飞行员。如今，更多种类的人出于更多原因进入太空。“宇航员不是某种特殊的物种，”佩斯说。也许，因此，我们更看重他们的生命，就像我们看重自己的生命一样。
如果出了问题，人们对这个假设事故的反应可能会比1967年阿波罗1号火灾中三名宇航员死亡时更加强烈。在那次悲剧之后，几乎没有呼吁取消或甚至大幅延迟。现在，洛格斯登说，阿耳忒弥斯计划可能没有足够的政治支持来承受死亡。因此，阿耳忒弥斯II号和随后的任务都必须尽可能安全，才能继续进行。
重返月球并不是唯一一个受到延误和预算超支困扰的现代挑战。许多大型项目随着时间的推移变得更加困难和昂贵。例如，纽约市地铁系统最初在四年多一点的时间内建成，并设有28个站点；2017年完工的该市一条仅有三个站点的新地铁线耗时17年。科学家在1940年代用三年时间从头开始开发了核武器，耗资约350亿美元(按今天的货币计算)；目前的核武器现代化计划将至少花费30年，耗资超过1.5万亿美元。在第二次世界大战结束时，美国每月生产一艘航空母舰；而最近的一艘花了十多年时间。
高速公路延误和大额支出是乔治华盛顿大学特拉滕伯格公共政策与公共行政学院教授利亚·布鲁克斯的研究专长。她的研究发现，征求公民对项目的意见——如今许多大型政府企业的要求——是道路问题的一个重要原因。这种意见通常是环境审查的一部分，在项目开始之前是必需的。考虑到“公民的声音”，正如布鲁克斯所说，可能导致更昂贵的路线，这些路线对环境的影响较小或对公民的生活干扰较少，但也可能需要额外的缓解基础设施，例如隔音屏障。在过去，当局不必征求每个人的意见(或关心环境)。以田纳西河谷管理局为例，布鲁克斯说，这是一个在1930年代成立的实体，用于建造水坝以减少洪水和发电。“他们不咨询任何人，”她说。“他们只是建造它。”肯尼迪也没有因为询问过每个人的意见而选择登月。
布鲁克斯的发现可能适用于任何涉及环境影响声明的项目——这是一份文件，列出了对自然环境的影响，并要求公开征求意见。为先前的星座计划制定了一份这样的文件；它被重新用于NASA的“航天飞机后载人航天飞行计划”。
然而，在布鲁克斯看来，过去和现在之间最大的区别可能是我们现在建造的东西更好，这既昂贵又耗时。这可能不适用于家用电器，但适用于高速公路隔音屏障，也许也适用于航天器。对于阿耳忒弥斯来说，拥有一个更强大的火箭系统、询问人们的意见、保证人们的安全以及与全球合作伙伴合作可能对这个世界更好——即使它们不能导致快速离轨。这种缺乏效率甚至可能是一件好事。今天，洛格斯登说，你听不到很多人反对阿耳忒弥斯计划。相比之下，阿波罗并不真正受到公众的欢迎。1961年，反对政府资助的人类登月旅行的人比赞成的人多。1965年，大多数人反对这种旅行，到1967年，“赞成”和“反对”之间的差距已扩大到近20个百分点，这是根据太空历史学家罗杰·劳尼厄斯的研究得出的。
这种深入太空的新方式最终会产生一个更安全、更易于理解的系统，可能会得到国内外公众的更多认可。而且，一直以来都是如此，我们之所以选择这样做，是因为它很难——那么，如果它更难又有什么关系呢？而且有什么急事呢？这不是一场比赛。
本文译自 Scientific American，由 BALI 编辑发布。