NASA 对运送货物到月球的需求飙升

NASA 对月球有大计划。通过 阿尔忒弥斯（Artemis）计划，NASA 计划创建一个“持续探索和月球开发”的项目。这将包括创建月球网关，一个促进往返月球表面的轨道栖息地，以及允许延长停留时间的基地营地。通过其商业月球有效载荷服务（CLPS）计划，NASA 已与 SpaceX 和 Blue Origin 等商业伙伴签订合同，将科学实验和船员送到月球表面。

这些努力预计将最终创建一个人类在月球上的永久哨所。不过，这将需要更多的宇航员和货物服务，以确保船员能够长期维持。在最近的一份白皮书《月球表面货物》中，NASA 研究人员确定了当前货物交付能力与未来需求之间的显著差距。该白皮书指出，这种不断增长的货物需求只能通过创建“混合货物着陆器舰队”来满足。

主要发现 正如作者在白皮书中指出的那样，NASA 的《月球到火星架构定义文件（ADD）》(修订版 A) 提出了对多种着陆系统的需求。在第 3 节（子节 1.4.8.4）中，ADD 涉及 CLPS 计划和货物着陆器的需求，作为运输系统更大主题的一部分：

“月球表面探索将需要将资产、设备和物资运送到月球表面。虽然一些物资和设备可以与船员一起通过 HLS 运送，但货物着陆器为强大的探索提供了额外的灵活性和能力。在探索活动的 HLR 部分中，NASA 的 CLPS 提供商着陆器可以提供额外的货物运送。”

迄今为止，NASA 已选择了十四家公司在“人类月球返回”（HLR）探索阶段交付有效载荷。这包括 SpaceX、Blue Origin、Ceres Robotics、Sierra Nevada Corporation 和 Tyvak Nano-Satellite Systems，这些公司在 2019 年 11 月被选中交付船员和货物。这也包括 2018 年和 2022 年签约交付科学实验的九家公司，如 Firefly Aerospace、Intuitive Machines、Lockheed Martin Space、Moon Express 和 Astrobotic——首个发射月球任务（Peregrine-1）的商业供应商，但遗憾的是未能着陆月球表面。

然而，随着阿尔忒弥斯计划从 HLR 过渡到其他阶段，对货物运送的需求将急剧增加。如 ADD 所述，这将包括基础探索（FE）阶段，该阶段将与阿尔忒弥斯 IV 和阿尔忒弥斯 V（目前计划于 2026 和 2028 年进行）同步，NASA 将扩大其“月球能力、系统和支持复杂轨道和表面任务的操作”。在 2031 年阿尔忒弥斯 VI 之后，NASA 预计每年将派遣一个载人任务到月球。

此时，将开始“持续月球演化”（SLE）阶段，包括“支持区域和全球利用（科学等）、经济机会和在月球及其周围的人类存在的稳定节奏的能力、系统和操作”。

不断增长的需求 为了评估对月球着陆器和运输系统不断增长的需求，NASA 分析了阿尔忒弥斯计划的代表性计划货物样本和潜在需求。这些需求按阶段划分，每个样本项目以潜在质量范围表示（见下表）。它们还包括一次性有效载荷，用于栖息、移动系统、电力和通信、冷冻器、各种科学和技术有效载荷以及包括食物、水、空气、备件和其他必需品的经常性物流交付任务。

作者指出，使用 Starship HLS（阿尔忒弥斯 III 和 IV）的初始载人任务将是短期任务，因此着陆器将能够携带必要的物资。然而，未来的任务将需要额外的物资以适应长期任务、探索范围和船员规模。例如，随着人类着陆返回阶段过渡到基础探索，样本中计划和潜在的有效载荷反映了这些不断增长的需求。

例子包括运送月球移动载具（LMV）、垂直太阳能阵列技术、移动月球表面中继、IP 移动系统、耐力漫游车、样本返回冷冻器和裂变表面电源（FSP）反应堆（NASA Kilopower 项目的扩展）。这些有效载荷将允许进行舱外活动（EVA）、为未来栖息地提供电力和通信，并能够从南极-艾肯盆地进行样本返回任务。

除此之外，NASA 预计将运送阿尔忒弥斯基地营地的组成部分。这包括加压漫游车——即可居住的移动平台（HMP）和初始表面栖息地——月球基础表面栖息地（LFSH），最终将形成常规表面栖息地。它们还考虑了使用 HMP 的两人船员和使用 LFSH 的四人船员的物流需求。在持续月球演化阶段，还包括与创建 ISRU 试验工厂和持续的物流需求相关的交付。

总之，NASA 预测未来的货物需求每年将在 2,500 公斤（约 5,510 磅）到 10,000 公斤（约 22,045 磅）之间，用于年度经常性物流。他们还预测，在基础探索活动阶段，偶尔会有高达 15,000 公斤（33,070 磅）的大型货物交付（漫游车或栖息模块）。《月球移动驱动因素和需求》白皮书是 2024 年月球到火星架构系列的一部分，提供了物流需求的详细分解。

能力 关于当前的有效载荷能力，作者承认 NASA 与私营企业和国际合作伙伴的合作。这包括负责开发船员和货物着陆器的 CLPS、HLS 和人类级交付着陆器（HDL）计划。同时，欧洲航天局（ESA）和日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）等国际合作伙伴正在合作开发潜在的货物运输服务。正如他们所展示的那样，支持 SLE 阶段物流的 500 公斤（1100 磅）的小型有效载荷在 CLPS 计划的能力范围内。

较重的有效载荷，包括阿尔忒弥斯基地营地的组成部分，范围从 12,000 公斤到 15,000 公斤（26,455 到 33,070 磅），在 HDL 计划的能力范围内。这在 500 公斤和 12,000 公斤之间留下了一个差距，这占了 FE 阶段绝大多数必要的有效载荷。这些有效载荷是 NASA 长期“持续月球探索和开发”计划的基础。因此，对这些元素和相关支持服务的需求很高。

其他考虑因素 除了提供货物运送的着陆器外，它们还必须能够进入南极-艾肯盆地内的不同地点，以满足任务目标。指定的位置包括霍桑陨石坑、沙克尔顿陨石坑附近的山顶、福斯蒂尼陨石坑的边缘、德格拉什陨石坑、马拉佩特山脉和覆盖约 500 平方公里（310 平方英里）区域的连接山脊。这些地点是太阳能阵列、冰收集和运输网络的关键位置。

NASA 还确定了月球货物和样本返回方面的差距，现有车辆的容量大大超过了返回能力。为此，白皮书建议了一系列货物供应商，以实现多样性和灵活性。这种方法解决了国际空间站的一些关键经验教训，包括避免任何系统成为单点故障的冗余需求。

总之，NASA 发现了一种“着陆器能力的重大架构差距”，这将在基础探索阶段继续并进入持续月球演化阶段时扩大。但正如他们所指出的那样，这为 NASA 和行业合作伙伴创建一个混合货物着陆器舰队提供了重大机会，该舰队“满足货物运输需求、支持更长时间的任务、将更多的船员送到表面，并扩大探索范围”。他们补充说，这是实现 NASA 月球到火星任务架构目标的关键。

关于有效载荷服务和运输的其他细节，在与上述白皮书同时发布的另一份白皮书《月球移动驱动因素和需求》中提供。这些和其他考虑因素将在 2024 年架构概念评审（2024 ARC）中详细讨论，该评审将于今年晚些时候发布。此次评审将包括关于 NASA 月球表面战略和货物返回需求的白皮书。