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阿耳忒弥斯1号

2022年发射的无人探月飞船
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阿耳忒弥斯1号[注 1]（英语：Artemis 1，正式名称为Artemis I[注 2]）[5]是NASA的阿耳忒弥斯计划的无载人试验飞行，这是猎户座飞船和太空发射系统重型火箭的首次综合飞行。[6] 阿耳忒弥斯1号于美国东部时间2022年11月16日凌晨01:47:44（协调世界时凌晨6:47:44）从肯尼迪航天中心成功发射。[7][2][8][9]

阿耳忒弥斯1号
阿耳忒弥斯1号从肯尼迪航天中心39B号发射台(LC-39B)发射升空
名称阿耳忒弥斯1号
任务类型无人月球轨道试验飞行
运营方NASA
国际卫星标识符2022-156A
卫星目录序号54257在维基数据编辑
网站www.nasa.gov/artemis-1
任务时长25天10小时又52分
航天器属性
航天器猎户座飞船CM-002
航天器类型猎户座飞船MPCV
制造方波音
洛克希德·马丁
空中客车国防与太空
任务开始
发射日期2022年11月16日，06:47:44 UTC[1]
运载火箭太空发射系统Block 1
发射场肯尼迪航天中心LC-39B
承包方NASA
任务结束
回收方美国海军
着陆日期2022年12月11日，17:40:30 UTC [2]
着陆地点下加利福尼亚州附近的太平洋 [3]
轨道参数
参照系绕月轨道
周期14天
月球轨道器

阿耳忒弥斯1号任务徽章

阿耳忒弥斯1号发射地点为肯尼迪航天中心的39B号发射台，在猎户座飞船执行的26-42天任务中，有6天是在月球轨道进行逆向环绕。[10]该任务的后续任务为阿耳忒弥斯2号，使用太空发射系统火箭的第一次载人飞行测试。[11]

阿耳忒弥斯1号的猎户座飞船于2021年10月20日移至航天器装配大楼（VAB），这是NASA继土星5号后进行的首次超重型运载火箭安装[12]。

任务过程

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阿耳忒弥斯1号任务将使用太空发射系统的Block 1型号发射，该火箭由核心级和两个五段式固体火箭助推器（英语：Solid rocket booster，SRB），以及一个上面级组成。核心级将使用航天飞机上的四个RS-25D发动机。核心级和助推器在起飞时会共同产生39,000千牛顿的推力。[13]上面级被称为临时低温推进上级（英语：Interim Cryogenic Propulsion Stage，ICPS），其源自德尔塔-4运载火箭上面级，由一台RL10B-2提供动力。

在入轨之后，上面级会点火进行地月转移（英语：Trans-lunar injection，TLI），将猎户座飞船和10颗立方卫星置入地月转移轨道。猎户座将与ICPS分离并前往月球，而ICPS将部署10个立方卫星，用于进行科学研究或技术论证。[14]

猎户座飞船将在太空中停留约3周，其中6天在月球远距逆行轨道（英语：Distant retrograde orbit, DRO）上。[15]其距月球最近时和月表相距97千米。


本表格为大略时间，仅供参考。

任务经过时间 事件 高度
0小时00分钟00秒 发射 0公里
地点:肯尼迪航天中心
0小时02分钟00秒 固体助推器分离 45公里
0小时03分钟40秒 发射中止系统被分离 91公里
0小时08分钟14秒 主发动机停止发动，核心级分离 157公里
0小时16分钟14秒 部署太阳能板 484公里
0小时54分钟05秒 于近地点进行轨道抬升程序 1,791公里
1小时25分钟00秒 地月转移（TLI） 601公里
1小时53分钟00秒 暂时低温推进阶段（ICPS）分离 3,849公里
1-4日 前往月球 3,849-394,501公里
4日7小时18分钟 月球重力助推，之后进入远距逆行轨道（DRO） 离地球的距离：401,643公里
离月球的距离：100公里
7-13日 于远距逆行轨道（DRO） 348,931-437,321公里
20日 返回动力飞越 358,558公里
21-25日 返回地球 364,804-67,257公里
25日11小时30分钟 载人和服务舱分离 5,140公里
25日11小时34分钟 再入大气层 100公里
≈25日12小时 降落伞部署 7,315米
≈25日12小时 溅落 0公里
地点：太平洋
 
阿耳忒弥斯1号任务轨道（地球中心）
 
阿耳忒弥斯1号任务轨道（地-月 旋转参考系（英语：Rotating_reference_frame））


阿耳忒弥斯1号发射窗口期

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日期 时间 时长 情况
8月29日 8:33（12:33 UTC） 120分钟 延期（传感器异常）
9月2日 12:48（16:48 UTC） 120分钟 ---
9月3日 14:17（18:17 UTC） 120分钟 延期（液氢泄漏）[16]
9月4日 15:44（19:44 UTC） 120分钟 ---
9月5日 17:12（21:12 UTC） 90分钟 ---
9月6日 18:57（22:57 UTC） 24分钟 ---
9月23日[17][18][19] 6:47（10:47 GMT） 120分钟 ---
9月27日[17][20] 11:37（15:37 UTC） 70分钟 延期（天气因素）[21]
10月2日[17] 14:52（18:52 UTC） 109分钟 延期[21]
11月12日 待定[22]
11月16日 1:04（6:04 UTC） 120分钟 发射成功，11月21日完成第一次月球飞越[23]

历史

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勘探地面系统和雅各布斯工程集团的工程师准备将用于月亮女神1号任务的太空发射系统运载火箭的核心级提升并放置在移动发射器上和已经组装好的双火箭推进器之间。
 
用于月亮女神1号的太空发射系统和猎户座飞船完成装配在车辆装配大楼的3号高台。
 
月亮女神1号准备返回航天器装配大楼进行维修
 
在第四次湿式测试之前，39B平台上的月亮女神1号正在组装

地面试验

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由波音公司在米丘装配厂承造的阿耳忒弥斯1号火箭核心级于2019年11月装好四个发动机[24] ，并在一个月后宣布完工[25]。随后，核心级运离装配厂去向史坦尼兹航天中心进行“绿色运行”系列测试(the Green Run test)，这个测试包含八个逐级复杂的试验，它们包括：[26]

  1. 模态测试（振动测试）
  2. 航空电子（电子系统）
  3. 失效安全系统
  4. 推进力（发动机不点火）
  5. 推力矢量控制系统（移动和旋转发动机）
  6. 发射倒计时模拟
  7. 带有推进剂湿式彩排
  8. 发动机静态点火八分钟

组装

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2020年6月12日，随着固体火箭助推段从犹他州通过铁路运抵肯尼迪航天中心，月亮女神1号的发射准备工作正式开始[27]。夏季末，运载火箭级适配器通过飞马座驳船（英语：Pegasus barge）运抵发射场，并在组装前被带入航天器装配大楼进行储存[28]。

NASA和地面系统承包商雅各布工程集团（英语：Jacobs Engineering Group）开始在航天器装配大楼的High bay3组装月亮女神1号，在2020年11月23日组装了两个后部固体火箭助推段[29]。由于核心助测试在斯坦尼斯航天中心中延迟，组装工作暂停后，于2021年1月7日恢复[30]。2021年3月3日，两个固体火箭助推器在太空发射系统移动发射器上完成组装。

月亮女神1号猎户座飞船在移交给探测地面系统后，于2021年1月16日开始在多负载处理设施（英语：Multi-Payload Processing Facility）中进行燃料和发射前服务。

任务中的太空发射系统核心级（CS-1）在成功的运行热火测试（英语：hotfire test）后，于2021年4月27日通过飞马座驳船抵达发射场。2021年4月29日，它被移到航天器装配大楼的低舱进行整修和组装准备[31]。然后在2021年6月12日，该级与它的助推器组装。2021年6月22日，运载火箭级适配器（LVSA）被安装在核心级上。ICPS上级在2021年7月6日被组装。在完成了脐带缩回测试（英语：umbilical retract testing）和综合模态测试后，2021年10月8日，带有10个次级有效载荷的猎户座阶段适配器被安装在上层的顶部[32]。2021年10月20日，封装在逃逸塔下的猎户座航天器被运到航天器装配大楼并组装在太空发射系统火箭的顶部，完成了High Bay-3的月亮女神1号飞行器的组装[33]。在综合测试和检查期间，四个RS-25发动机控制器中的其中一个出现故障，需要进行更换，随后火箭的第一次推出也被推迟[34][35]。

发射准备活动

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2022年3月17日，月亮女神1号首次从车辆装配大楼的3号高台推出，以进行发射前的湿式彩排（英语：wet dress rehearsal）。

在4月3日的首次湿式彩排（英语：wet dress rehearsal）尝试中，由于移动发射器的增压问题，测试被取消[36]。4月4日，在气态氮供应不一致、液态氧温度以及测试前未关闭的排气阀等问题之后，完成测试的第二次测试被取消[37]。

在第三次测试的准备过程中，ICPS上面一级的氦气止回阀被来自火箭的一个脐带臂（英语：umbilical arms）的一块橡胶卡住了，迫使测试人员推迟测试为该级提供燃料，直到该阀门可以在航天器装配大楼更换。火箭的液氧箱成功地开始装载。然而，在核心级装载液态氢的过程中，在尾部服务桅杆的脐带板上发现了泄漏，迫使测试再次提前结束。

NASA选择将火箭运回航天器装配大楼，以修复氢气泄漏和ICPS止回阀，同时升级39B平台上的氮气供应问题，因为之前的三次湿式彩排都出现了长时间的中断。月亮女神1号于4月26日被送回航天器装配大楼[38][39]。

在维修和升级完成后，月亮女神1号飞行器于6月6日第二次被推出到39B平台以完成余下测试。

在6月20日的第四次湿式彩排测试中，火箭成功地在两级上装满了推进剂，但由于尾部服务桅杆脐带的快速断开处出现了氢气泄漏，倒计时无法达到计划的T-9.3秒，并在T-29秒时自动停止。NASA任务经理很快确定他们已经完成了几乎所有计划的测试目标，并宣布湿式彩排（英语：wet dress rehearsal）程序结束。

7月2日，月亮女神1号被运回航天器装配大楼，为发射做最后的准备，并修复了快速断开的氢气泄漏，预备在8月29日和9月6日之间的窗口进行发射。

发射尝试及维修

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8月29日，NASA在12:44UTC，即发射窗口开始11分钟后，在twitter宣布因为排气管问题取消发射[40]。火箭发射推迟至9月2日[41]。

9月3日，由于发动机冷却管线的液氢泄漏问题依旧无法解决；NASA在倒数2小时28分53秒之际宣布再度取消发射。在18:26EST 宣布因为无法通过快速克服氢气泄漏，可能需要回厂整修，预计需时25天，因此停止在九月初尝试发射。NASA表示发射台地面侧板和火箭侧板之间有空腔泄漏液态氢，重新安装密封件的三次尝试均未成功。但是因为发射窗口时间有限，可能需要尽快完成所有检修以赶上9月19日至10月4日间的发射窗口[42]。

9月6日，NASA宣布会将月亮女神1号移至VAB上，直接维修及更换问题部件，不需要运回组装厂，但是需要在其上建设一个外围，以保护部件免受天气入其他环境条件，并使工程师能从事测试[43]。

9月24日，NASA宣布因担心热带风暴伊恩吹袭发射中心所在的佛罗里达州，决定第三度推迟原定9月27日的发射任务[44]。

发射

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2022年11月16日1时47分44秒，阿耳忒弥斯1号从肯尼迪航天中心39B号发射场成功发射。12月5日，猎户座飞船近距离飞越月球，之后开启返程飞行，11日返回地球并落入太平洋。[45][46]

猎户座载荷

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猎户座为月亮女神1号的运载火箭，除了绕月任务外还会有其他实验卫星一同发射。

 
国际空间站上的AstroRad辐射背心

NASA与德国航空航天中心（DLR）和以色列航天局（ISA）合作，与StemRad公司（英语：StemRad）和洛克希德-马丁公司一起进行Matroshka AstroRad辐射实验（MARE），该实验将测量月亮女神1号上的辐射剂量残留，并测试AstroRad公司的辐射背心在低地球轨道以外辐射环境中的有效性。过去的辐射屏蔽策略依赖于太阳风暴庇护所，当太阳风暴爆发时，宇航员可以在其中寻求庇护，而AstroRad的人体工程学设计提供了一个移动保护系统，其屏蔽系数与风暴庇护所相似，但是不会妨碍宇航员执行任务的能力[47]。

另外，无人驾驶的月亮女神1号猎户座飞船的乘员舱将包括两个女性人体模型(Helga和Zohar)[48]，它们将暴露在月球轨道沿线的辐射环境中，包括太阳风暴和银河系宇宙射线。其中一个人体模型将用AstroRad背心进行保护，另一个将不作任何保护。这些模型提供了精确测量辐射暴露的机会，不仅在身体表面，而且在人体内部敏感器官和组织的确切位置。辐射暴露将通过实施被动和主动剂量计来测量，这些剂量计被分布在模型内部的敏感组织和高干细胞浓度的位置[49][50]。MARE的结果应使猎户座成为其他科学实验的平台，为深空探索提供准确的辐射风险预测，并验证AstroRad背心的保护性能[51]。在太空舱内还将有一份由未来工程师为NASA举办的月球舱论文竞赛的14000份参赛作品的电子版[52]。

十个低成本立方星将作为任务附带的有效载荷飞行，安装在猎户座的适配器上。[53]它们都具有六个单元配置[54]，并且将驻留在将部署它们的运载火箭的第二级顶部的适配器内。到2021年10月，最终在适配器上安装了10颗立方星。其中2颗由NASA的NextSTEP计划（英语：Next_Space_Technologies_for_Exploration_Partnerships）挑选，3颗由人类探索与行动任务局（英语：Human Exploration and Operations Mission Directorate）挑选，2颗由科学任务理事会选择，3颗来自NASA国际合作伙伴提交的申请。这些立方体卫星是[53]：

  • ArgoMoon（英语：ArgoMoon）由Argotec（英语：Argotec）设计并由意大利航天局（ASI）协调，旨在对猎户座的临时低温推进阶段（ICPS）进行成像，以获取任务数据和历史记录。它将展示小型航天器在ICPS附近机动和操作所必需的技术。[55]
  • BioSentinel（英语：BioSentinel）是一项天体生物学实验，它将使用酵母作为实验体，来测量和比较深空辐射在低地轨道以外的其他轨道，在较长的时间尺度下对生物的影响。[56]
  • 由美国西南研究院设计的CuSP（英语：CubeSat for Solar Particles）将研究来自太阳的动态粒子和磁场，验证以网络跟踪太空天气概念的可行性。[56]
  • 月球冰立方（英语：Lunar IceCube）（英语：Lunar IceCube）是莫尔黑德州立大学设计的月球轨道飞行器，它将寻找来自低月球轨道的月球水冰的更多证据。
  • 月球极地氢测绘仪（英语：LunaH-Map）是亚利桑那州立大学设计的月球轨道器，将绘制月球南极附近陨石坑内的氢图，跟踪水等富氢化合物的深度和分布。它将使用中子探测器来测量与月球表面材料相互作用的中子能量。它的任务计划持续60天，并执行141次月球轨道。[57]
  • Near-Earth Asteroid Scout（英语：Near-Earth Asteroid Scout）是可控太阳帆飞行器的概念验证实验，航天器将通过近距离飞越近地小行星（≈10公里，6.2英里），并使用高分辨率科学级单色相机测量近地小行星的物理特性来实现观测。将根据发射日期、飞行时间和交会速度确定各种潜在目标。
  • 由JAXA设计的OMOTENASHI是一种用于研究月球辐射环境的着陆器探测器。
  • 由日本JAXA与东京大学设计的EQUULEUS（日语：EQUULEUS）将对地球的等离子层进行成像，以研究地球周围的辐射环境，同时展示用于地球和月球之间空间轨迹控制的低推力机动。[55]
  • LunIR（英语：LunIR）是洛克希德·马丁公司设计的航天器，用于飞越月球并收集表面光谱和热成像。
  • Team Miles（英语：Team Miles）将在日心轨道上演示长距离通信，并展示使用混合离子推进器的低推力轨道控制技术。由佛罗里达州坦帕市的Fluid and Reason公司设计。

由于以下卫星错过了阿耳忒弥斯1号发射窗口，因此有3个立方卫星接口中没有对应卫星[58]，分别是：

除了这些具功能性的有效载荷外，月亮女神1号还将发射来自世界各地承包商和航天机构的纪念贴纸、种子和旗帜。

注释

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  1. ^ NASA、中国大陆也常使用简体中文“阿尔忒弥斯”[4]
  2. ^ 以前称为探索任务1号（英语：Exploration Mission-1, EM-1），在阿耳忒弥斯计划成形后重新命名。

参见

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参考资料

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外部链接

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