门户：21 世纪的登月任务

本文最初刊登于Undark。

如果一切按计划进行，在 2027 年的某个未知的日子，SpaceX 猎鹰重型火箭将向地球大气层以外的黑暗虚空发射，携带绕月运行的空间站的基本构件——这是人类在深空长期居住的第一个地方。

虽然宇航员已经在国际空间站居住了几十年，但它绕地球运行的轨道距离地球表面只有 250 英里。月球空间站的距离将比国际空间站远 1,000 倍。NASA 称其为未来的宇宙栖息地 Gateway。它是该机构 Artemis 计划的一部分，该计划是一项登陆月球和火星的国际计划。

早期的阿尔忒弥斯任务基本上都是半个多世纪前阿波罗计划的翻版。阿尔忒弥斯一号于 2022 年发射，它发射了一个太空舱，能够载人往返月球，飞行 140 万英里，形状像一个无穷大符号。第二次任务定于 2026 年进行，将载人进行类似的旅程。然后，阿尔忒弥斯三号将自 1972 年以来首次将人类降落在月球表面。

但此后，该计划将与过去的成就背道而驰。2027 年的发射将把 Gateway 的初始部件（空间站的电子心脏和实际生活空间，一个类似于巨型铝制水瓶的单间公寓大小的圆柱体）送入月球轨道。它们将共同为未来的宇航员提供居住场所和通信方式，为空间站供电，并使其保持在正确的轨道上。

宇航员要等到阿尔忒弥斯四号任务开始后才会开始居住在 Gateway 上，目前计划最早在 2028 年 9 月开始。一旦登机，计划将使用空间站作为月球任务的浮动大本营至少 15 年。Gateway 首次发射几年后，NASA 将关闭国际空间站，以便该机构能够将资源集中在更远的计划上。

正如国际空间站是 Gateway 的垫脚石一样，NASA 表示 Gateway 是其漫长的月球-火星之旅的垫脚石，它是一个轨道前哨，有助于为月球和红色星球上的永久基础设施铺平道路。Gateway 项目经理 Jon Olansen 说：“Gateway 实际上是 Artemis 架构的基石。它确实奠定了基础。”这艘太空飞行器可以教会 NASA 及其宇航员如何在远离家乡的地方运作，测试可以在深空自主运作的太空技术，提供一个永久的平台来练习遥远的探索，甚至可以作为建造火星飞行​​器的场所。

但其他人，包括前 NASA 局长和前太空站宇航员，认为 Gateway 是一个昂贵、危险且拖沓的步骤，工程师可以跳过 — — NASA 可以直接登陆月球并在那里进行长距离太空生活练习。一些人认为，空间站的存在只是为了利用 NASA 已经花钱购买的硬件，这是前几届总统政府现已取消的太空计划的遗留。

谁是对的取决于人们如何看待 NASA 的目标——而问题的一部分在于，由于项目跨越数十年、政治转型和不断变化的技术，很难追求长期目标。

门户项目的起源可以追溯到不同总统政府的更替。每任新总统都会任命一位新的 NASA 局长，权力的交接往往会影响 NASA 的太空探索计划。例如，乔治·W·布什领导了一个名为“星座”的项目，旨在完成国际空间站，前往月球，然后前往火星。奥巴马政府否决了这个想法，而是希望将一颗小行星重新定向到靠近月球的地方，宇航员可以在那里探索它，然后前往火星。

与此同时，特朗普的首届白宫政府提出了“深空门户”的想法，随后将重点转向将宇航员直接送上月球表面。拜登保留了月球-火星计划的总体框架，而“深空门户”也顺利完成了过渡。

“过去 35 年来，NASA 的探索目标发生重大变化令人沮丧，”科罗拉多大学博尔德分校的天体物理学家杰克·伯恩斯 (Jack Burns) 表示，他曾是 2016 年 NASA 总统过渡团队的成员。这些变化在历史上曾减缓过太空探索的进程。“过去八年来，我们的探索目标一直比较稳定，”伯恩斯继续说道，“但之前的波动在资金和动力方面代价高昂。”

但所有这些政府都以自己的方式同意，需要有一些中间步骤——无论是在月球本身，还是在小行星，还是在空间站——让人类在前往数百万英里外的火星之前，能够在更安全的距离上实践真正的太空生活。所有这些计划可能都会允许进行探索性课程和先进技术，但 Gateway 是现有的计划——至少目前如此。

对于空间站规划和控制经理艾玛·莱恩哈特来说，Gateway 是太空更广阔未来的开端。“我们正在学习如何利用手头的资源在陆地上生活和工作。”

她说，她认为，有一天，人类将在太空中建立基本的文明——有工作、有产业、有各种不同的航天器。但必须有一艘航天器先行。“对我来说，Gateway 真正开启了对未来的展望，”莱恩哈特说。

尽管 Gateway 一开始只有两个普通部件，但它会随着时间的推移而扩大，在未来的 Artemis 任务中获得新的模块，并定期进行补给、重新配备人员和加油。

到 2030 年代建成时，Gateway 的体积将约为国际空间站的 10% 到 20%，其轨道能够与月球表面的宇航员和机器人进行快速通信。最多四名宇航员将每次停留一到三个月，与国际空间站相比，时间较短，在国际空间站，宇航员每次最多可以停留一年。“这更像是露营旅行，”莱恩哈特说。

考虑到露营者不会一直待在飞船上，Gateway 将能够自主运行，测试 NASA 登陆火星时有用的自主导航能力。鉴于地球与火星之间的距离很远，而且光速相对于浩瀚的太空来说相对较慢，飞船与任务控制中心之间的通信时间太长，地球无法有效安全地控制飞船。

但 NASA 希望找到一种方法，为这两个地方带来至少一些舒适。NASA 月球建筑团队负责人 Shatel Bhakta 表示，地球是“一个舒适宜人的环境”。“但要为寒冷严酷的太空环境中的粉红色、柔软的人类生命体提供这种环境，这实际上相当具有挑战性。”

门户宇航员最需要的安慰就是辐射防护。待在离家近的地方，地球磁场就会起到屏蔽的作用，将不断流经宇宙的细胞损伤能量和粒子引导到精密的生物组织和仪器之外。

前宇航员特里·维尔茨 (Terry Virts) 曾在太空中度过了 200 多天，包括在国际空间站上。国际空间站受益于一些地球保护，但宇航员在六个月内受到的辐射剂量约为普通地球居民的 25 倍。维尔茨在给 Undark 的电子邮件中写道：“对于绕月轨道运行的人类来说，这将更加危险。”

这就是为什么 Gateway 的三个初始科学实验（将在宇航员抵达之前开始）试图量化这一辐射问题的原因之一。Gateway 任务整合和利用经理 Stephanie Buskirk-Dudley 说：“很明显，这就是我们需要研究的东西。因为我们没有这种数据。”

两台仪器，太阳物理环境与辐射测量实验套件和欧洲辐射传感器阵列，将安装在 Gateway 外部，以了解太空天气和原始宇宙环境的情况。Gateway 内部将安装内部剂量计阵列，其测量结果可与外部测量结果进行比较，以了解空间站对宇宙辐射的抑制效果如何。

“当然，这些实验可以在无人卫星上更便宜地完成，”反对 Gateway 的维尔茨指出——部分是因为存在辐射等风险，部分是因为效率低下，比如卫星可以做的科学研究却需要人类来做。

但 Gateway 的所有科学研究不一定都是如此，其未来前景尚待确定。Buskirk-Dudley 表示，后续任务可能会研究中微子。中微子是宇宙中最丰富的粒子之一，但由于质量小、速度快，很少与常规物质发生相互作用，因此很难了解。研究人员还可以探索药物对长期辐射的反应。NASA 还呼吁人类健康研究人员提出深空研究建议。此外，科学家们还计划用机器人探索月球表面，宇航员可以实时指挥机器人科学家，而不是发送命令，等待执行，然后再发送另一个命令。“这比从地球控制它有优势，”Burns 说。

伯恩斯对诸如地震传感器等东西特别感兴趣，它们可以揭示月球内部的运作；可以寻找极地冰层以作为火箭燃料或未来宇航员的食物的仪器；以及远离地球干扰的射电望远镜，它们也由 Gateway 控制。“我们以前从未在行星上做过这样的事情，”伯恩斯说。

未来几十年，一旦 NASA 积累了更多有关月球的经验和知识，该机构还计划在那里建造前哨基地和房屋。但在此之前，宇航员的半永久住所将是太空真空。

Gateway 宇航员的体验与国际空间站上的宇航员截然不同。如果出现问题（以及一切顺利），Gateway 距离地球只有几天，而不是通常的几小时。

空间站的居民可以清楚地看到这一距离。在国际空间站，宇航员可以随时俯瞰他们的家园。“你可以飘到穹顶上，打开百叶窗，”曾两次访问国际空间站的美国宇航局宇航员兰道夫“兰迪”布雷斯尼克说。太空旅行者可以查看落基山脉的涟漪，观看极光在两极上舞动，凝视海洋上空的云层。地球上的居民也可以抬头仰望，看到国际空间站就像一道快速移动的光在天空中移动。

与此同时，从 Gateway 空间站，宇航员将能够用拇指覆盖整个地球；地球人的眼睛根本看不到他们。

人类学家杰克·斯图斯特 (Jack Stuster) 表示，尽管距离遥远，但留在 Gateway 可能在心理上比留在国际空间站更容易。根据他为 NASA 分析的宇航员日记，六个月（国际空间站的典型停留时间）对于太空来说已经很长了。一个月？三个月？小菜一碟。“而且你还有机会登上月球，”斯图斯特说，这可能会让人心情愉悦。

不过，斯塔斯特表示，NASA 在设计宇航员的小住所时并不总是把宇航员的最大利益放在首位。他们的目标往往是让东西尽可能轻便——发射成本更低，维护更容易，他说：“这完全取决于效率、成本和进度。”

布雷斯尼克认为，NASA 的观点更为平衡：“这是载人航天”，他在电子邮件中写道，“因此，虽然成本、质量和时间表始终是影响因素，但 NASA 的飞行运营理事会（宇航员办公室是其下属机构）将继续发挥带头作用，确保载人航天飞行的安全，并优化‘人性’。”

学习如何善待人类——例如，优先考虑让宇航员保持快乐和强壮的健身器材——是长期在太空停留的关键。布雷斯尼克现在正在为 NASA 提供建议，让 Gateway 尽可能地人性化，包括权衡一些简单的事情，比如不要把垃圾放在用餐区旁边。

他与莱恩哈特对太空未来的看法一致：整个经济体系都在那里，那里是生活、工作和延续文明的地方，任务范围远远超出月球。“我们必须迈出第一步，”他说。

布雷斯尼克说，他相信阿尔忒弥斯 (Artemis) 计划及其门户 (Gateway) 就是这样的计划。

但是 Gateway 是必要的一步，还是 NASA 正在采取的一步？前宇航员维尔茨认为是后者，他认为 Gateway 提供的净收益与投入的资金和资源相比并不多。他在给 Undark 的电子邮件中写道：“Gateway 只会增加登月任务的成本和复杂性。”“你必须支付建造、运营和维护的费用。然后每次你想登陆月球时，你都需要花费额外的几天甚至几周的时间往返 Gateway，而不是直接登陆月球。”

维尔茨不会将 Gateway 作为登陆火星的准备，而是将重点放在月球本身。在公开评论中，美国宇航局前局长迈克尔·格里芬 (Michael Griffin) 也同样批评将 Gateway 作为宇航员在月球上生活的垫脚石。其他批评者，如太空探索倡导者罗伯特·祖布林 (Robert Zubrin)，声称 Gateway 的存在只是因为美国宇航局需要使用分别自 2006 年和 2011 年左右开始筹备的大型火箭和载人太空舱。它们是前几任总统计划的遗留物，但它们本身无法登陆月球。从构思到首次发射阿尔忒弥斯计划，美国宇航局已在这两个项目上花费了近 500 亿美元。

Gateway 也是一种延续，而且造价昂贵，初期估计耗资 53 亿美元。莱恩哈特表示，NASA 正在努力合理使用这笔资金。“我们说的是纳税人的钱，”她说，“我们必须小心使用。”

然而，大型项目通常需要比预期更多的时间和金钱，Gateway 也不例外。“这是我们在几乎所有复杂、大规模的工程中都会遇到的情况，”她说，“无论是桥梁、隧道还是太空项目。”

Gateway 的复杂性部分源于其政治立场：Gateway 本身以及 Artemis 计划总体而言都是国际项目。欧洲、日本、阿联酋和加拿大的航天机构都在为 Gateway 建造或提供零部件，包括模块、实验、气闸舱和机器人。

“每个人都想回到过去，证明人类可以做到这一点，”巴克塔说。“不只是一个国家，而是整个人类。”

尽管在阿波罗时代的太空竞赛中，国家单独统治是游戏规则，但近年来，美国一直想证明美国方式就是合作。

但美国的方式也让 NASA 在选举变动后陷入了载人探索的动荡——有时甚至在政府执政期间也是如此。这些变动给国际合作伙伴带来了挫败感，包括在 Gateway 项目上。它们还导致了如今存在的嵌合性架构，随着美国权力的不断转移，部分和部分被保留下来并不断迭代。

尽管这可能不是完美的系统，仅具有必要的要素，但它是现有的系统。

到目前为止，阿尔特弥斯计划已获得两党支持，并经历了两届总统政府的考验。这种连续性的部分原因是国际伙伴关系依赖于该计划——这也导致更多的变动部分，因此这些工作更有可能出现问题并被推迟。

在特朗普新政府的领导下，阿尔忒弥斯计划将以何种形式实施，或者能否继续实施，仍有待观察：在最近的就职演说中，特朗普承诺将通过在火星上插上美国国旗来“追寻我们在星空中的天定命运”，但只字未提月球。在 11 月的一次研讨会上，曾参与过前 NASA 过渡团队的官员指出，SpaceX 创始人兼首席执行官、太空探索和定居的支持者埃隆·马斯克可能会影响 NASA 的未来道路，因为他将担任特朗普政府效率部新任负责人。与会专家预测，国际伙伴关系和计划的具体细节可能会发生变化，而用乔治华盛顿大学太空政策研究所所长斯科特·佩斯的话来说，NASA 十多年来一直在设计中的火箭和载人航天舱可能不会“保持原样”。

这种不确定性，以及涉及数十年时间尺度的项目四年变更，使得规划科幻未来细节变得困难。但也许那句老话有道理：向月球进发。即使你错过了，你也会降落在群星之间。Gateway 正是在那里。