月球轨道平台“门户”发展情况分析

月球轨道平台“门户”发展情况分析Analysis of development of Lunar Orbital Platform-Gateway王霄（北京空间科技信息研究所）2017年3月，美国国家航空航天局（NASA）提出了“深空之门”（DSG）和“深空运输站”（DST）计划。

“深空之门”规划在21世纪20年代建成有人照料的地月空间站，将用作拟建“深空运输站”的中转补给站。

2017年9月27日，美俄两国正式就共建“深空之门”达成合作协议。

2018年5月，NASA发布了《月球轨道平台“门户”合作与发展备忘录》的声明，将“深空之门”更名为月球轨道平台“门户”（LOP-G），并简要介绍了“门户”的建造计划。

“门户”概念一经推出，便受到各国高度关注，未来将作为国际合作项目展开建造。

台“门户”合作与发展备忘录》，希望通过加强目前人类的航天活动，确保美国在航天领域的持续领先地位，并在未来几十年里，培育基于近地轨道的强大的太空经济，将美国的能力进一步扩展到太阳系。

备忘录还强调，“门户”能够推动美国的产业发展，确保美国在新兴的关键领域保持全球领先地位。

近地轨道商业航天发展成熟，催生商业月球载荷服务计划特朗普上台后多次强调要大力发展公私合作关系，并提到将把公私合作关系作为今后美国民用航天活动的基础，尤其是深空居住和探索系统以及新技术研发等方面。

未来美国将大力发展以太空探索技术公司（SpaceX）、蓝色起源公司（Blue Origin）等为代表的商业航天企业，寻求与私营公司进行商业航天合作的可能性。

未来可能将近地轨道进入和近地轨道操作任务都移交给商业部门，此外在“国际空间站”（ISS）运行和资助方面纳入更多“私人和公共合作伙伴”，美国政府欲逐步退出近地轨道的航天器的运作，一是为了将更多的国家层面的资源与精力，用于探索和利用更远的外层空间，二是为了充分引入新型商业公司的先进技术以及灵活的运营模式，实现航天科技创新，实现科技带动经济效益与社会效益。

美国在近地轨道商业航天领域取得的成功，可以扩展到更远的深空，NASA目前希望通过在月球项目上“复制”这一模式，将商业航天发展推得更远。

近日，NASA公布了商业月球载荷服务（CLPS），该计划可视作商业轨道运输服务（COTS）的月球版本。

根据NASA文件的要求，CLPS计划分三阶段进行：第一阶段下投票的商业机构需要发展可将指定载荷运送至月面/月轨道的着陆器，载荷包括通讯站、发电厂及各类科研卫星/月球车等；第二阶段瞄准月面工业化，包括原位资源利用等；第三阶段则是研究长期月面基地的可能性，包括大规模地月间资源运送，以及月面建立有人基地的研究。

NASA希望通过引入商业伙伴，大幅度降低地月间的运输成本，使将来的月球任务更具可行性。

随着载人探索进入深空，美国将从历史上最大的轨道实验室——“国际空间站”开始，释放近地轨道开拓性商业太空企业的无限潜能。

随着低成本进入太空需求的飙升，近地轨道的前景已经远远超出了最初的预期。

美国政府意识到“国际空间站”以前的运营模式注定不会长久，而且也无需长久。

正因如此，美国政府对“国际空间站”的直接资助仅以７年为限。

目前，政府正在投资开发新的科技能力，供商业航天企业建造未来轨道平台之用。

2 “门户”发展情况基本情况“门户”是一个将建在月球附近轨道上的空间站，包括4个大的舱段和其他部件，作为战略平台而建立，将用作月球表面及至更远深空目的地（包括火星）探索任务的中转站，也是深空长时间载人任务中人体和技术挑战的调研和解决平台。

“门户”最初将被放置在月球附近的“近直线晕轨道”（NRHO）上，其各个部件将在探索任务（EM）—2～8任务中作为与“猎户座”飞船（Orion）共同装载的有效载荷，由“空间发射系统”（SLS）发射。

“门户”预计在2023年开始部署首个舱段，设计寿命为15年。

按计划，美国负责研制电源和推进舱（包含部分欧供设备）；“门户”标称轨道参数项目参数轨道名称近直线晕轨道（NRHO）周期6～8天轨道中心月球距月面距离约2000～75000km倾角约90°地球可视性持续欧洲和日本负责居住舱的研制；俄罗斯负责气闸舱的研制；加拿大负责机械臂的研制，补给舱由于有多种过渡方案，目前方案尚未确定。

建造计划“门户”的建造计划包括三个阶段：第一阶段（2018－2026年）月球前哨站阶段。

在月球近直线轨道上建造核心组成部分，根据2017年3月NASA顾问委员会会议上公开的资料显示，组装“门户”原定需要“空间发射系统”发射４次，预计耗时3～5年时间。

“门户”组建目前定于2023年正式开始，此前，“空间发射系统”将执行首飞验证，探索任务－1的首飞任务原定是2018年发射，现已经推迟到2020年中期，而且还可能继续延迟，该次任务中，“空间发射系统”将搭载“猎户座”飞船进入绕月飞行的大幅值逆行轨道，并于26～40天返回地球，以测试可靠性，在2023年的EM－2任务中，将发射首个舱段电源推进舱，在接下来的EM－3和EM－4任务中发射的“猎户座”也将与“门户”对接，参与空间站建造。

从2026年开始，“空间发射系统”将执行EM－5发射任务，将俄罗斯的气闸舱发射入轨，至此，第一阶段建造完成，在不包含“猎户座”的条件下质量为40t，至此深空之门基本具备了载人登月中转能力，参与成员国仅需要单独研发登月舱，发射到NRO轨道，即可完成载人登月的所有准备工作。

第二阶段（2027－2029年）地月转运阶段。

如果计划顺利实施，NASA将继续执行EM－6～9任务，EM－6将深空运输站发射进入地月转移轨道，然后深空运输站利用自身电推进系统，耗时191～122天变轨进入NRO轨道，与“门户”对接。

EM－7任务将继续发射补给舱和载人飞船。

EM－8就是货船对深空运输站进行在轨加注。

EM－9任务中，深空运输站脱离“门户”，单独在地月空间进行为期300～400天的试航，验证深空运输站长时间深空独立飞行能力，为飞向火星的长期载人飞行做准备。

第三阶段（2030年以后）载人登火阶段。

EM—10“门户”部件及组装过程时间轴时间（年）组装目标任务名称运载工具载人/不载人2022开始“门户”建造工作，发射电推进元件TBD商业运载火箭不载人2023“猎户座”飞越月球EM－2“空间发射系统”，Block 1载人2024发射深空居住舱，与电推进元件对接EM－3“空间发射系统”，Block B载人2025居住舱和物资再补给EM－4“空间发射系统”，Block B载人2026“猎户座”（搭乘４人）与“门户”气闸舱对接EM－5“空间发射系统”，Block B载人2027发射“深空运输站“至“门户”EM－6“空间发射系统”，Block B不载人2027“深空运输站“检测任务EM－7“空间发射系统”，Block B载人2028“深空运输站“运送物资和燃料补加EM－8“空间发射系统”，Block B不载人2029“深空运输站“在环月空间为期一年的运行测试EM－9“空间发射系统”载人2030“深空运输站“运送物资和燃料补加EM－10“空间发射系统”不载人2033“深空运输站“为进入火星轨道准备EM－11“空间发射系统”载人备注：在2018－2019年的EM－1“空间发射系统”Block 1和“猎户座”飞船首次组合飞行后，“空间发射系统”将演进为Block 1B设计。

Block 1B近地轨道有效载荷能力为105t，载人发射时能将10t级混装有效载荷（CMP）送到月球附近，仅载货时则能载41t。

这一能力将用于运送“深空之门”组件到达月球附近。

任务中，“空间发射系统”和Block2发射货运飞船，在EM—11任务中，发射猎户座和补给舱前往“门户”，如果一切顺利，深空运输站在在轨补给后独立进入地火转移轨道，重新与“门户”对接，但本阶段规划目前还不详细，但可以肯定的是，“门户”将发挥重大作用。

根据目前计划，NASA、日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）、欧洲航天局（ESA）、加拿大航天局（CSA）以及俄罗斯联邦航天局（Roscosmos）都可利用“门户”来支持可重复使用载人登月器以及探月机器人任务。

“门户”及站上工作人员将为未来火星运输系统提供服务和支持。

2017年9月，美国和俄罗斯达成共建月球轨道平台合作意向并签署合作意向说明。

两国约定，允许金砖国家加盟。

未来，“门户”项目以国际合作的形式开展。

经费支持2018年4月中旬，美国众议院科学、航天与技术委员会通过了《2018年NASA授权法案》（H.R.5503）。

主要内容包括：授权NASA 2018财年207.4亿美元预算，授权NASA 2019财年212.1亿美元预算；支持特朗普提出的通过投资“空间发射系统”和“猎户座”飞船来维持美国航天领导地位的愿景；支持NASA利用美国私营公司创新想法和投资来满足探索外层空间可能的经济需求。

2018年2月12日，特朗普政府提交名为《有效、高效、负责的美国预算》的2019财年预算申请，其中为NASA分配约199亿美元预算，与2018财年的预算申请金额191亿美元相比，增加约8亿美元。

为响应特朗普2017年12月提出的“重返月球”计划的号召，NASA在新的财年预算中深空探索系统领域增加了“先进探索系统”分领域，为其分配了8.89亿美元的预算。

该分领域主要包括月球轨道平台“门户”、“先进地月表面能力”、“探索先进系统”３项计划。

其中，月球轨道平台“门户”将在2020年代建立一个培养中短期深空探索能力的平台。

将在绕月轨道上组装月球轨道平台“门户”，将其作为探索月球表面和更远深空的、具有灵活的载人探索架构的中转站。

月球轨道平台“门户”可根据不同的任务需求（探索、科学、商业和国际合作）进行演化，形成不同的方案。

3 几点分析空间探索为美国未来发展重点，将带动全产业迅速发展美国民用航天发展重点将集中于深空探索，特朗普及其团队一直强调，要使“美国再度伟大”，“美国政府应鼓励航天探索领域的创新，鼓励对学术界的研究和发展投资”，“即使需要削减联邦预算，也必须承诺要保证对科学、工程、医疗保健和其他使美国人生活得更好、更安全、更繁荣的领域的投资”。

特朗普政府重组国家航天委员会，签署首个航天领域的总统令，增加深空探索领域的专项经费等举动，都是在印证其“回归深空探索”的诺言。

不难预测，未来在相当长的一段时间内，美国都将以深空探索为重点发展目标，以月球为下一步牵引，着力推动新技术、新系统的研发。

美国政府不遗余力地推动深空领域的发展，还有一个意图，就是希望通过促进深空探索，来带动航天全产业的发展和提升就业，同时在太空中再次创造一个以美国为首的太空经济圈。

NASA计划在2022年推出“门户”最重要的一个组成要素：电推进元件，其利用美国商业卫星的专业支持，将为推动美国公司通信系统航天器技术发展带来机会。