本文为报告翻译全文。

前言：充满活力的NASA未来探月计划

 “我们将领导一项创新和可持续的探索计划，与商业伙伴和国际合作伙伴携手，使人类能够在整个太阳系进行扩张，并将新的知识和机会带回地球。从低地球轨道以外的任务开始，美国将领导人类重返月球进行长期探索和利用，进而向着前往火星和其他目的地的任务不断进军。”

——特朗普总统，《1号太空政策指令》，2017年12月11日

“NASA局长应向国家空间委员会主席提交一份关于月球表面可持续探索和发展的计划，包括使人类能够对火星进行初步探索的必要技术和能力。”

——副总统彭斯，国家空间委员会第6次公开会议，2019年8月20日

一、概述

要想探索太阳系，先得叩开月球这扇大门。对于月球这一相当于整个大陆那样广袤的世界，人类却只在上面留下屈指可数的几个脚步。作为地球最近的行星邻居，月球拥有巨大的潜力，有望成为科学进步和经济增长的全新源泉。同时，它也是我们测试深空探索系统和操作的最佳场所，可为人类首次前往火星的任务做准备。在接下来的十年中，阿尔忒弥斯（Artemis）计划将为人类在月球表面可持续的长期存在奠定基础，并利用月球来验证深空探索系统和操作，继而开展更远距离的火星探索之旅。

在未来几十年和几代人的时间里，人类的活动将越来越多地利用和开发月球的丰富资源，包括月球的水资源和金属矿藏。当人类不断揭开月球的神秘面纱，相关的科学探索热情也会增长。除了能够通过月球地质学和化学科学地了解地球和太阳系的形成，对月球的探索还将有助于人们对宇宙进行突破性的科学发现，包括通过射电天文学从遥远的月球另一边不可思议的有利位置来观测宇宙。就像在天空和现在的低地球轨道上一样，NASA不仅在科学和探索工作方面保持领先，在经济和商业方面也是如此。同样，从明年美国首次商业月球订单交付开始，阿尔忒弥斯计划也将提供月球表面的商业机会。

月球不仅仅是一个物理意义上的目的地。阿尔忒弥斯计划的一个核心重点是，围绕月球携手国际伙伴和私营企业，从而扩大国家的地缘战略和经济领域。美国将在商业伙伴、美国政府和国际合作伙伴之间建立信任，领导制定明确的政策原则，以支持民用空间探索，阿尔忒弥斯计划就是其初期重点。具体来说，美国将以《外层空间条约》(Outer space Treaty)为指导，为太空资源的开采和利用建立一套可预测且安全的程序。该文件涵盖并回应了国家空间委员会主席的指示，即提供一个持续探索月球的计划，包括使人类能够对火星进行首次探索的必要技术和能力。

几千年来，人类一直以惊奇和敬畏的眼光看待月球。随着美国与商业伙伴、国际伙伴共同致力于在月球上发展载人长期驻留，我们在月球上的存在将不断提醒人们，人类拥有无限潜力。而从探索火星开始，当我们进一步去了解更遥远的世界时，这种精神将继续激励着人类。

人类首次火星之旅将成为人类文明的一个变革时刻。实现持续的月球驻留并朝着人类首次向火星飞行任务迈出第一步，将是人类历史上最宏大的工程壮举，也是最伟大的探索和发现之旅。

这些任务将利用美国无与伦比的科学能力、充满活力的经济水平和强大的工业基础，不断推动技术和创新。这些任务将激励从事有关科学、技术、工程和数学（STEM）专业和无数其他学科的几代人，同时为政府、国内工业部门和学术界的合作伙伴提供机会。

最重要的是，从重返月球到初探火星的一系列成功，将确保美国仍然处于太空探索和发现的前沿位置。美国将仍然是唯一一个成功地将人类送上月球和火星表面的国家。随着其他国家稳步增加他们在太空中的存在和投入，这种局面要求美国继续发挥领导作用带领人类进入下一阶段的探索，去创造一个由无尽的发现和不断的发展最终组成的未来。

二、阿尔忒弥斯的一代

图1：早期阿尔忒弥斯月球表面航天员长期考察的概念图

2000年以后出生的每个人都知道人类在太空驻留生活（低地球轨道）的世界。在接下来的十年里，我们都将再次看到人类在月球上行走——这是“阿尔忒弥斯的一代”。作为“阿波罗”的孪生姐妹，“阿尔忒弥斯”（Artemis）将在月球表面和月球周围建立关键的基础设施，并让未来几代人加以利用。

美国人将于2024年重返月球。2024年登陆后，我们将在月球南极建立一个称为“阿尔忒弥斯大本营”的持续的战略存在。未来十年，我们在阿尔忒弥斯大本营的探索将为在月球开展经济和科学的长期活动，以及21世纪30年代人类首次探索火星的任务铺平道路。

机器人将作为先驱去探路。从明年开始，将有源源不断的机器人和技术演示开始登月作业。月球是地球过去和未来的重要组成部分。虽然美国人第一次在月球表面行走已经是在50多年前，但我们的探险家只在几个地点留下了稍纵即逝的脚印，在月球表面累计也只停留了16天。并且，这些任务都是在月球赤道地区进行的，总行程不到100公里（约62英里），而月球的全部表面积相当于非洲大小。

下一轮的月球探测将有根本的不同。2023年美国将对月球周边展开探险，2024年美国航天员将登陆月球表面。对于当今世上大多数人来说，这将是首次有机会目睹人类与月球的“亲密接触”——这一时刻，世界在敬畏和惊奇中屏住呼吸。当然，美国不会就此止步，这将是一个新的发现和探索时代的开始。

三、NASA的三大领域探索战略

 “阿尔忒弥斯”计划是NASA未来十年太空探索和载人航天计划的核心。该计划以国际空间站(ISS)上正在进行的载人航天飞行为基础，为包括首次探索火星任务在内的未来载人航天飞行计划做出准备。NASA的总体零级探索目标主要包括这三个领域——低地球轨道、月球和火星。

图2： 向低地球轨道的过渡已经开始，SpaceX公司的“龙”飞船和诺斯罗普·格鲁曼公司的“天鹅座”飞船这两种商用货运飞船为国际空间站提供服务

NASA零级探索目标

•将低地球轨道上的美国载人航天过渡为商业运营，为NASA及其合作伙伴提供支持。利用国际空间站和新的商业设施作为探索技术和培育新兴商业应用的试验平台。

•通过强有力的商业和国际伙伴关系，推进月球长期机器人探索。

•将美国航天员送上月球并使其安全返回。

•扩展美国对月球的载人航天业务，以支持持续的月球表面活动，并展示火星先行架构的要素。

•继续保持美国在探索火星方面的领导地位，促进机器人进入，为人类探索做好准备。

•让美国和世界在前进的每一步中都充分参与并深受鼓舞。

这些目标的实现将确保我们目前和今后在低地球轨道上的活动能够使“阿尔忒弥斯”成为可能，而“阿尔忒弥斯”将能够使未来探索火星成为可能。

NASA为实现零级目标制定了一套战略，其中包括：机器人和人类任务的结合；建立关键架构，使已经在开发中的硬件元件成为可能；扩展未来选择和运营的新技术；吸引NASA员工、工业部门以及国际合作伙伴参与，鼓励创新能力，积极利用竞争与合作的力量。

这些努力正在被整合成一系列任务，这些任务从人类近期重返月球开始，继而扩展为在月球及其周围进行一系列任务，为未来在月球上可持续存在奠定基础。最终，这些登月行动所获得的宝贵经验和其中所展示验证的技术将支持人类历史性的首次登陆火星任务。航天员和机器人协同进行科学探索，促进了技术的发展，将在我们推进太空探索边界时得以应用。

四、机器人任务

重返月球是从机器人开始的。十多年来，NASA的月球轨道勘测飞行器一直在对月球进行成像和测绘，以进行科学研究，并为人类再次登上月球做准备。NASA新的商业月球有效载荷服务（CLPS）计划已经选定了首批两个机器人任务，将从2021年开始向月球表面运送科学和商业有效载荷。NASA还承诺，将使用这种方法来交付其下一个月球探测机器人“极地探索探测车”（VIPER，Volatiles Investigating Polar Exploration Rover），该探测器将对月球南极的月球挥发物进行科学调查。VIPER产生的数据将为未来的月球原位资源利用（ISRU）技术提供信息。在月球表面，我们将演示精确的着陆，从CLPS交付开始，积累经验并不断提高精度，以增强未来人类和机器人的着陆能力。稍后，CLPS的方法还将用于运送其他大型货物，直接支持载人登月任务。

总的来说，虽然绕月轨道飞行任务已经提供了一些有关月球表面及其潜在资源的信息，但机器人在月球表面进行勘测对于验证这些观测结果、为人类居住和利用月球的丰富资源（从挥发物到矿物）作好准备而言至关重要。着陆器和探测车提供了极好的平台来展示技术，这些技术将实现更强大的月面任务能力，并且可超越月球任务，应用到火星任务中，例如地面机器人采矿系统和下一代动力存储。多个着陆器将提供对月球及其资源的全球视野。探测车将被用来更广泛地探索地表，它们携带有各种仪器以便展开实验，例如ISRU实验就可以获得关于可用资源（如氧气和水）可用性和提取能力的详细信息。

这些机器人的投入使用将引发广泛的调查和科学研究。月球是研究行星发展过程和演化的天然实验室，也是我们观察宇宙的有利平台。月球遭受数十亿年太阳和宇宙辐射，且基本上没有受到干扰，是太阳和太阳系的历史档案。这些宝贵的科学数据就记录在月球土壤里，了解它们将会使我们更好地了解自己的星球及其演变。月球的另一边则提供了一个无与伦比的窗口，可以让我们透过它回顾宇宙的起源。月球还拥有诸如水之类的资源，这些资源是太空中最稀有和最珍贵的礼物之一，可为未来的探险者提供潜在的食物和燃料。

图3：月球两极的深蓝色和紫色区域表明，中子辐射与干燥的风化层覆盖的富氢沉积物相一致

这些氢信号可能是水或水合矿物形式的水留下的迹象。Feldman et al., Science, 281, 1496, 1998

五、早期的阿尔忒弥斯任务

我们返回月球的基础是NASA的“猎户座”（Orion）飞船和太空发射系统（SLS）。“猎户座”飞船设计用于绕月深空作业，最多可容纳4名航天员，而太空发射系统就是设计用来发射“猎户座”的强大的重型火箭，还能将其他较重货物送入月球环境。除此之外，根据合同，返回月球还有两个新的组成部分，那就是“动力和推进元件”（PPE）和“居住和后勤前哨”（HALO）。它们共同构成了阿尔忒弥斯计划月球轨道平台——深空“门户”（Gateway）——的基础。在NASA休斯顿约翰逊航天中心的任务控制中心帮助下，早期“门户”将进行自主操作，以进行系统检查并获取有关深空环境的关键科学数据。当人类登陆系统（HLS）的能力满足从稳定的“门户”轨道进行月球探险时，“猎户座”将把第一批航天员送到“门户”。

图4：从肯尼迪航天中心发射空间发射系统（SLS）概念图

阿尔忒弥斯1号任务（Artemis I）将从SLS和“猎户座”飞船的无人飞行试验开始，然后展开2号任务（Artemis II）载人飞行试验。

在阿尔忒弥斯1号任务我们将看到，SLS将一艘无人的“猎户座”飞船送往距离地球28万英里、距月球数千英里的上空，大约持续3周的任务过程。地球上的控制人员将收集数据，以评估两个航天器的性能。这次任务还将部署13个立方星，它们将进行新的科学调查和技术演示，其内容丰富程度超越先前任何单一任务，目的是吸引更多的大学和公司参与月球探测。

随着SLS和“猎户座”2号飞船的首次载人飞行试验，航天员将首次重返人类阔别50多年的月球附近。对于“阿尔忒弥斯的一代”来说，这将是等同于“阿波罗8号”的光荣时刻。待到这次任务结束，NASA打算测试阿尔忒弥斯3号任务（Artemis III）的所有软硬件和操作部件，除了在月表实际着陆这一项。

阿尔忒弥斯3号任务将对深空运输系统进行严格测试，掀起近100万英里飞行演示的高潮。NASA将在前两次任务中为这个系统积累经验。在2024年阿尔忒弥斯3号登陆月球时，美国将再一次展示出新的航天领域的全球领导水平。随着这一强大的登月探测能力的重新建立，NASA和全世界将致力于在月球表面建立持久存在，为月球的长期发展和人类探索火星做好准备。

“门户”将确立美国的领导地位，并成为月球和地球之间区域的持续存在。该平台将使航天员易于返回，在紧急情况下提供一个安全的避难所，并且能够导航到不同的绕月轨道，推动未来人类生命保障系统的进步。

“门户”的扩展离不开国际合作伙伴的重要贡献，特别是机械臂、大量额外的居住空间和中途续航的能力。2019年2月，加拿大宣布，打算参与“门户”并贡献先进的外部机器人技术。2019年10月，日本宣布，计划加入“门户”，为居住舱和后勤补给做出贡献。2019年11月，欧洲航天局获得授权和资金，以支持其向“门户”出力的计划。国际人居中心（I-Hab）和提供加油基础设施与电信的欧洲系统（ESPRIT），这两者都将显著增强“门户”的功能，在为持续探月任务做出贡献的同时，也为未来人类火星任务铺平道路。俄罗斯也表示出兴趣，打算通过提供一个气闸舱在“门户”上展开合作。

“门户”将提供下一代深空平台，从该平台可进行处于地球范艾伦辐射带保护范围之外的科学研究。国际科学界已将太阳物理学、辐射学和空间天气学确定为在“门户”上进行的高度优先研究。“门户”第一批确定的有效科学载荷分别是欧洲航天局提供的“太阳辐射仪”和NASA提供的“太空气象仪”。该机构最近还授予了SpaceX第一个“门户”后勤服务（GLS，Gateway Logistics Services）合同，向前哨基地运送货物、实验设备和其他用品。与商业补给服务计划的成功相呼应，GLS将利用商业合作伙伴向“门户”提供后勤服务，支持登月行动，为未来的后勤物流任务积累经验和技术，以支持人类首次执行火星任务。

随着这些核心要件、后勤支持系统、SLS和“猎户座”飞船的成熟，以及正在进行的对人类登陆系统的采购，NASA正在进一步开发持续月球驻留的其他核心要素——包括月球地形车（LTV）、月球可移动栖息地或可居住移动平台、月球基础表面栖息地（FSH）、电力系统、月球原位资源利用系统和扩展的“门户”宜居性。在这些问题上，NASA向新的国际和行业合作伙伴敞开了怀抱。通过多年的努力和国家对重返月球所需系统的投资，将再加上新的合作伙伴和新的能力，NASA将确保我们重返月球是可持续的，并直接推动人类首次登上火星。

六、2024年后的阿尔忒弥斯

在阿尔忒弥斯3号之后，总体计划是在月球上和月球周围开展行动，以帮助我们为第一次载人探索火星任务的期限和活动做好准备，同时建设基础设施和系统、部署机器人任务，使人类在月球表面能够持续存在。为此，我们将在月球南极建造“阿尔忒弥斯大本营”。

图5：月球南极着陆地点尚未确定，但这张图片显示了永久阴影区域附近的值得人们关注的地点，这些地方可能含有有利于飞行任务的挥发物

这些地点还可以提供长时间阳光照射，可直接与地球通讯，其地表坡度和地面粗糙度对于着陆器和航天员而言将没有那么大的挑战

阿尔忒弥斯大本营将是我们在月球边界建造的第一个可持续存在的立足点。最初，我们将停留一到两个月，以了解更多关于月球和宇宙的信息，并由此研制新技术，促进本国工业产业的发展，发现有助于经济增长的新资源。总的来说，大本营将展示美国在太空领域的持续领导地位，并为我们执行人类首次火星任务做好准备。

大本营具有三项主要任务：LTV能够在这里运送人员；可居住移动平台，能够从大本营出发执行长途旅行；月球基础表面栖息地能够满足四名航天员在月球南极短暂停留。随着时间的推移，将不断增加支持性基础设施，如通信、电力、辐射屏蔽、着陆平台、废物处理和存储规划，这些要素构成了人类在月球上的持续驻留能力，可在接下来的几十年里对其进行重新研究继续发展。

图6：随着“门户”为火星任务进行着准备，阿尔忒弥斯大本营也在地面上不断发展

机动性是阿尔忒弥斯大本营功能的重要组成部分。LTV和可居住移动平台将使月球的长期探索和开发成为可能。探索和开发月球资源需要强大的机动系统。这于我们探索火星也是如此，因此，可居住的移动平台便成为一个特别重要的元素，我们将需要一种类似的交通工具来探索这颗红色星球。

图7：月球轨道勘测飞行器捕捉到的月球南极沙克尔顿陨石坑，覆盖范围是“首都环线公路”（Capital Beltway）

除了建立阿尔忒弥斯大本营外，月球持续存在的另一个核心要素将是扩大“门户”的居住区和相关支持系统。“门户”系统的“进化”包括发展大容量的深空栖息地，这将使我们的航天员能够在最初的月球轨道上率先体验和测试他们在往返火星的漫长旅程中的生活方式。“门户”也可支持我们在月球表面对首次火星任务实施模拟。

对于这项模拟任务，目前的设想是，安排一个四人小组前往“门户”，并在前哨基地居住数月，以模拟前往火星的路途。然后两名航天员使用可居住移动平台降落至月球表面并展开探索工作，而其余两名航天员留在轨道上。随后，四名航天员在“门户”团聚，再次停留数月，以模拟返回地球的旅程，最终返回家园。这项任务将是迄今为止人类深空探索历史上持续时间最长的一次。不论是对于长期深空探索系统的准备，还是对首次人类火星任务分队作战而言都意义重大。

图8：“猎户座”飞船与逐步发展的“门户”交会对接

与要件开发、测试和发射的进度相关的因素有很多，例如能力成熟度和可用性、预算、运载火箭可用性和系统复杂性。出于规划的目的，NASA正在建立一个进度表，该进度表考虑了这些变量，其结果是每年都有明显的进展，任务持续时间和复杂性也逐渐增加。计划所希望达到结果是，在开发和安置长期持续存在月球表面所需的基础设施的同时，测试系统并获得人类火星任务所需的操作经验。

按照目前的设想，该进度表首先提出发送月球机器人任务为先导，例如通过CLPS着陆器放置VIPER，以了解月球地形的真实情况以及在人类登月地点的水资源和金属资源的可用性。为了给最初几次人类月球表面任务提供机动性和更大的探测范围，LTV将被运送到月球表面。正在开发的月球“门户”的第一部分，将支持以后可持续的人类登月任务。NASA预计，其国际合作伙伴将至少提供机械臂、I-Hab和ESPRIT等设备，以补充“门户”在月球轨道上的能力。

可居住移动平台将交付至月球表面，使我们的探测半径扩大数十公里，在月球表面的探索任务期限也可从7天延长到30-45天，还能在月球表面执行模拟火星任务。阿尔忒弥斯大本营基础设施的其他关键部件也被交付，包括基础表面栖息地，它将支持多达四人的乘组停留在月球表面，也将支持月球表面动力系统、ISRU演示和试验工厂。

月球轨道上的“门户”居住能力的发展将使我们能够开始有系统地延长任务期限。这一方法还将使NASA能够对为期两年的火星级任务所需的长期任务乘组和要件系统风险进行风险缓解方法测试。“从月球到火星”的任务一旦交付并投入使用，持续时间越来越长的年度人类任务将加强对月球表面的探索和可持续发展。

七、充满活力的地月未来

即使当人类第一次登上火星，也并不意味着我们已经完成了月球任务。为期两年的火星探测任务的窗口每隔几年就打开一次，而与此同时，我们将继续执行人类前往月球的任务，进一步测试系统，进行科学研究。在为火星任务最佳发射窗口做准备的同时，继续发展我们的月球可持续存在任务。

对月球的探索没有止境，我们将利用CLPS供应商提供的机器人运载工具，发展持续时间更长的人类任务，继续深化商业和国际合作伙伴关系，这些都将不断丰富NASA建立的阿尔忒弥斯大本营。LTV、可居住移动平台和月球基础表面栖息地将停留在月球上，使航天员一次能够在月球表面生活数月。将为探测车和航天员设计在月球上自主操作的能力，并与独立的机器人助手共同工作。

除了为第一次火星任务测试系统外，阿尔忒弥斯大本营的一个核心目的在于展示新技术，随着时间的推移，这些新技术将不断提高我们的能力并降低月球任务的运营成本。

阿尔忒弥斯大本营的航天员将充分测试最近宣布的月球表面创新计划所涵盖的六个优先领域的一系列新技术，这六个优先领域包括：ISRU；地面能源；极端通道；挖掘和建设；月球粉尘缓解；极端环境考验。其中一些技术将从一开始就发挥有益作用，比如减轻月尘影响，或是使探测车能够在极端环境（如月夜寒冷区）中运行。其他一些技术正处于早期开发阶段，具有重大的长期效益。例如，印度空间研究所将利用月球当地材料生产燃料、水和氧气，从而实现可持续的地面作业，减少来自地球的补给需求。对于地面能源，我们的目标是开发先进的太阳能收集系统和一个小型的轻量的裂变能源系统，以支持在月球上执行更长时间的任务和操作，并最终应用于火星和更远的地方。自主制造、挖掘和施工技术则将使基础设施的建造更加经济实惠。

航天员还将对先进的机器人技术进行测试，包括未来的仿生系统，这些系统能够在月球上进行更多的自主操作，可以充当航天员的机器人助手。未来，阿尔忒弥斯大本营还可能包括一个料斗，可以将科学技术有效载荷送往整个月球，它可以由大本营的工作人员操作，并使用来自月球当地的能源进行推进。月球远端射电望远镜也可以在大本营进行远程安装和操作，这是我们在月球上立足的第一个营地的后院射电望远镜。

发展持续和充满活力的月球存在，不仅需要NASA及其国际合作伙伴发挥出最佳水准，也需要整个美国政府和商业机构交出最令人满意的答卷。建立月球基础设施，有助于建立更多更密切国际和商业伙伴关系，这将为第一批登上月球表面的国际和商业航天员创造机会，不断开辟人类在地球之外的探索疆域。NASA独特的领导力和才能将与来自同一领域的创新和贡献相结合，为我们的国家和经济提供动力。

八、初期的人类火星任务

人类首次火星之旅的成功，离不开卓越的技术和异常复杂的操作。从地球到月球的距离是相对可控的，约为25万英里。相比之下，火星与地球平均距离是1.4亿英里。更何况，火星任务的挑战不仅仅来自这些距离，还来自在深空发现的更为危险的辐射水平和类型。虽然从科学角度来看火星的大气层很有趣，但这无疑也给人类往返火星表面带来了巨大的挑战。

初期的登月任务将极大地为我们了解火星行动提供信息。然而，在深空中的每一天都增加了灾难性事件发生的可能性。因此，NASA为努力实现人类首次火星探测任务提出的构想是大幅缩短行程的时间，将在火星表面停留的时间减少到大约30-45天。NASA将继续考虑的因素包括：银河宇宙射线（GCR）辐射和潜在灾难性任务事件对飞行乘员健康带来的风险；火星表面任务操作的复杂性；任务系统的复杂性和成本，例如空间推进、着陆重载荷的能力以及所需的地面系统。NASA的目标是，进行一次可尽快实现的载人火星任务，同时确保我们在火星表面的任务执行能力允许我们在首次任务中进行广泛的探索，包括对火星生命的搜索。在人类踏上这段史诗般的旅程之前，月球将成为我们测试和演示任务的重要一环。就月球如何为未来的人类首次火星飞行做好准备，NASA将做出更多的战略分享。

在美国领导者的能力和承诺下，借助全人类的积极潜力，阿尔忒弥斯和阿尔忒弥斯大本营的发展将激励整个世界。如果我们要给后代留下伟大的、充满希望、拥有无限机会和成长可能性的遗产，那么，这将是我们刻不容缓的任务。（译者：张田   审校：管春磊）