1967年11月9日，肯尼迪空間中心，土星五號登月火箭首次發射。

SLS發射前登月火箭與月球同框畫面（圖源：NASA）

2022年11月16日，肯尼迪空間中心，太空發射系統（SLS）登月火箭首次發射。

時光一晃，人類唯二投入使用的登月火箭，竟然相隔了55年之久。但它們有個共同的目標：征服月球。曾經，是以古希臘神話中太陽神“阿波羅”命名的登月計劃；而如今，則是用月亮神“阿爾忒彌斯”命名的重返月球計劃。在傳說中，這兩位神是雙胞胎，沒有比用它們來命名兩大計劃更酷的了。

一、太空發射系統的前世今生

“阿波羅”登月計劃是上世紀人類太空競賽的巔峰，美國獲得了巨大的成功：不僅有12名宇航員順利登上月球表面，還獲得了極大的國際影響力，徹底擊敗了蘇聯的登月夢。

成也蕭何敗也蕭何，蘇聯最終決定放棄登月之后，“阿波羅”登月很快就顯得性價比極低：一方面，進行到第17次任務后，已經很難再有新的發現，月球已被證明是貧瘠的星球；另一方面，項目花費太高，在1967年美國宇航局NASA甚至用掉了聯邦預算的4.5%，是今天比例的10倍。例如，僅土星五號登月火箭單次發射費用就相當于今日的20億美元，實在太貴。

土星五號火箭的歷次發射（圖源：NASA）

因而，土星五號火箭在使用了僅6年后遺憾落幕。與它有關的項目、資金和人力資源，投入到了后來的航天飛機計劃中，成為1980-2010年代NASA最大的項目。但隨后它也遇到了類似的問題，單次發射費用過高（15億美元），在不少項目中猶如“殺雞用牛刀”的效果，尤其是在商業航天崛起后航天飛機項目顯得比較尷尬：與商業火箭同樣的運力，10倍的價格，還得讓7名宇航員冒生命危險，不太值。

在這種背景下，航天飛機項目最終在2011年謝幕。但為了保持航天飛機在深空發射和大型載荷的發射能力，同時支持未來的重返月球計劃，NASA急需一款能扛起大梁的重型運載火箭，這就是SLS出現的時代背景。

SLS的設計方案，更像是航天飛機的“火箭版”，由于不用像航天飛機一樣運送巨大的“機艙”進入太空，它能運送更重的載荷，實現跟土星五號接近的運力。

僅從外表看就能發現SLS和航天飛機有著明顯的代際傳承（圖源：NASA）

SLS的四臺核心發動機是RS-25D，是航天飛機的主力發動機，早就驗證了優異的可靠性和可復用性，幾乎從未出過重大問題，是人類液氫液氧火箭發動機技術的天花板。核心級，即不帶任何涂裝的“大橙罐”，主要裝載液氫液氧推進劑和核心發動機。此外，它的核心推力來自兩個固體助推器，也是升級版的航天飛機助推器。自重725噸，推力卻高達1600噸，一個助推器就可以推起一枚長五火箭（起飛重量約870噸），確實是暴力怪獸。

按照核心發動機能力（RS-25D和RS-25E），上面級能力（三款）和固體助推器能力（三款）的組合，SLS會有Block-1、Block-1B和Block-2三個主要型號。在本次發射中，是近地軌道運力約100噸的Block-1型。而最終版本的Block-2型同等運力超過130噸，月球轉移軌道運力達到45噸以上，直抵甚至超過了曾經的土星五號登月火箭。

總體上說，SLS將會成為扛起NASA發展一個時代的“大殺器”：輕易不出馬，出馬就是能上特大新聞的航天項目。

二、第一次發射的主要內容

兵馬未動，糧草先行。登陸月球最需要的支撐不僅僅是SLS登月火箭，還要有獵戶座深空探測載人飛船、深空門戶環繞月球空間站、月球表面著陸器和上升器等項目先后上馬，截至目前各項目已耗資超過500億美元，堪用“吞金巨獸”來形容。

第一次發射，即“阿爾忒彌斯1”任務，就是這些大型項目的首次全系統檢驗。按照計劃，這次任務持續4-6周，在月球附近釋放獵戶座飛船和一系列小衛星。獵戶座在完成既定任務后，重返月球并濺落大洋被回收。

“阿爾忒彌斯1”任務的全系統流程（圖源：NASA）

在具體實施階段，這次任務包括了17個核心節點，基本把對火箭和飛船的所有核心指標測試完畢。其中，在離開地球時，需要測試升級過的LC39火箭發射平臺全系統能力，這里曾經是“阿波羅”登月計劃的起點，但時隔50年已經是截然不同的火箭，這個平臺能否“老當益壯”，決定了任務的成敗。

在離開地球階段，需要經過復雜的雙助推器/整流罩/逃逸塔分離、核心級分離、機動變軌、離開環繞地球軌道并切入月球轉移軌道等一系列操作，這基本是當年土星五號火箭的固定業務流程，需要精準復現出來。在這個過程中，獵戶座飛船會從火箭上面分離出去，后者隨后布置10顆小衛星。

在飛往月球的途中，獵戶座需要進行長時間機動，以確保能準確與月球相遇。不同于其他的月球探測任務，飛船主體在本次任務中并不會環繞月球，而是借力月球進入一種叫做“遠距逆行軌道（DRO）”的特殊軌道。這是一種地月系統內極其穩定的軌道家族，在這里維持運營所需的推進劑消耗極少，因而成為未來地月空間探測乃至載人空間站的不二之選，是近些年月球研究的一大熱點。我國在嫦娥五號任務和中科院新一批“先導專項”中，都把DRO軌道研究作為重點突破，意義可見一斑。

“阿爾忒彌斯”首次任務，也自然是通過對DRO軌道的實際飛行，為未來任務積累寶貴的飛行經驗。預計獵戶座會在這里飛行不低于6天，在充分獲取數據后，自主離開，最終返回地球大氣并濺落海上。

需要注意的是，從月球附近返回的航天器抵達地球的速度會接近第二宇宙速度（11.2km/s），遠超從環繞地球軌道返回的第一宇宙速度（7.9km/s），與大氣摩擦產生的熱量差距有近3倍，對航天器防熱和結構強度的要求大幅提高，這也是獵戶座飛船“最艱難”的時刻。

時隔50年后，Arturo Campos獲得了“飛行”去月球的機會（圖源：NASA）

SLS是個載人登月火箭，自然最核心的測試是獵戶座載人飛船的載人能力。首次任務帶真實宇航員冒險不現實，取而代之的是真人比例模型。這次發射攜帶了一個叫做“Campos船長”的假人，該模型以曾經解決了阿波羅13任務重大問題的工程師Arturo Campos命名。相應的，還有一個假人與之伴飛。它們一個會被嚴格防護，一個則會盡可能暴露，以測試空間輻射等對人體的影響。兩個模型上搭載了各種復雜的傳感器，用以檢驗飛行過程中的各項指標。此外，還有NASA載人航天象征的“史努比”玩偶和歐空局載人航天象征的“小羊肖恩”玩偶陪同。

強大的運力不能浪費，SLS給不少科研機構留下了搭載空間，用以完成各種月球探測任務。如前文所述，它將搭載并釋放來自美國、意大利和日本的十顆小衛星，這是探月歷史上前所未有的新紀錄。這些小衛星功能各不相同，包括空間天氣、月球遙感、地球觀測和新技術驗證等諸多方面，可謂是一個龐大的月球探測艦隊。

三、SLS的未來

在首次任務之后，“阿爾忒彌斯”將會繼續使用Block-1型號進行兩次任務。在第二次任務中，就會直接進行載人環繞月球的飛掠探索，預計將于2024年進行。而在2025年就將進行第三次任務，攜帶4名宇航員飛往月球，其中兩人實現月球登陸，真正實現“重返月球”的探測目標。而最終選定的月球表面著陸器方案，由于有SpaceX等商業公司的參與，完全不同于曾經“國家隊”主導的航天發展環境，也讓人充滿期待。

“月球門戶”月球空間站藝術構想圖（圖源：NASA）

而在后續的任務中，月球“空間門戶”空間站將會逐步建立完畢。它將穩定運營在地月空間內，一方面保持與地球客運航班的穩定交流以實現長期駐人，另一方面按需登陸月球表面并維護穩定的月球基地。而在更長遠的打算中，這里也會成為最佳“跳板”，為火星探測、小行星探測和其他深空探測任務提供穩定的平臺。毫無疑問，這意味著一個龐大的國際合作框架，有二十余個國家參與其中。

不過，幾乎不出意外，SLS又成了一款“火箭刺客”。目前，它的單次發射價格預計不低于20億美元一次，達到甚至超過了土星五號的水平。僅以核心發動機RS25-D為例，以洛克達為SLS火箭供應發動機的合同來看，單臺發動機的費用就高達約1億美元，然而SLS一次發射就要扔掉4臺。要知道，當年昂貴的航天飛機可是3臺反復使用啊。

雖然出發伊始就是為了干重大項目的，但這價格也實在是太過離譜。而且由于研發大幅超過預期，導致SLS的首次發射連續推遲了18次，延遲超過5年之久。相應的，整體研發費用進一步飆升，量產速度也不如預期，后續的發射排期反而緊張起來，導致它未來基本只計劃用來服務于“阿爾忒彌斯”計劃。

NASA新一代木星探測器“歐羅巴快船”（圖源：NASA）

以之前的“歐羅巴快船”訂單為例。作為NASA新一代旗艦級木星探測任務，這個項目預算極高、本被SLS的發射費用沒那么敏感，但SLS的排期不斷延后，導致這個任務似乎很難如期拿到火箭發射機會，最終訂單流失。“歐羅巴快船”的訂單最終被SpaceX的獵鷹重型火箭拿走。它的深空運力雖然大不如SLS，但依然是SLS服役前世界最強火箭，遙遙超過其他所有現役火箭。關鍵是，報價僅為SLS的十分之一，即便是發射能力導致任務不能直抵木星，也無法讓NASA抵抗的住這超高的性價比。

星艦已經進行過了推進劑加注和點火試驗，等待首飛（圖源：SpaceX）

與此同時，與SLS同等級別近地軌道運力的星艦也在摩拳擦掌等待測試。SpaceX已在這個項目投入了巨大資源，先后炸掉了近20架原型機，終于要等來首飛時刻。如果星艦真的能實現全艦復用和單次千萬美元發射費用，那SLS就更顯尷尬了。

二者能力相當，價格差20倍，誰會更香呢？