NASA 的阿耳忒彌斯計劃因其早在 2024 年將人類送回地球衛星月球的目標而被稱作雄心勃勃。但其最宏大的願望完全是另一回事：一項透過開採月球水冰儲量來開創可持續月球運營時代的計劃。一旦開發，這個地外水庫可能成為支援人類前哨站的生命之源，不僅提供飲用水，還提供氧氣甚至火箭燃料。
儘管在月球衛星兩極陰暗的隕石坑深處探測到了水冰，但仍然缺乏深入的科學資料來真正將其標記為富含水。在月球上建立可持續的人類存在需要解決兩個主要的、根本性的未知數：那裡究竟有多少冰可供使用？以及提取難度有多大？
在未來幾年，NASA 將派遣一系列航天器來解渴其對更多水冰資料的渴望，並維持其對支援廣泛的人類月球探索的阿耳忒彌斯基地營的追求。
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月球搭便車者
幾艘低成本小型航天器，被稱為立方體衛星，將很快作為二級有效載荷在阿耳忒彌斯 1 號火箭（NASA 強大的太空發射系統的首次飛行）上被送往月球。該火箭目前的目標是 2021 年發射。
它將包括月球手電筒，這是一項由噴氣推進實驗室領導的立方體衛星任務，旨在照亮和研究月球表面的冰。該航天器將使用近紅外雷射照射其黑暗的極地區域，同時車載反射計將測量表面紋理和成分。
阿耳忒彌斯 1 號還將搭載月球冰立方，這是一艘由莫爾黑德州立大學的團隊設計和建造的航天器，它將尋找月球上的水冰和其他資源。它還將判斷水和其他揮發物的分佈，作為時間、緯度以及月球表面年齡和成分的函式。與月球手電筒不同，月球冰立方的研究主要不侷限於月球的陰影區域。
然後是月球極地氫繪圖儀，或稱 LunaH-Map。LunaH-Map 的大小如鞋盒，是由亞利桑那州立大學領導的一項工作，旨在繪製月球南極永久陰影區域內富含氫的區域（通常與冰沉積物相對應）。
為了確保萬無一失，還有月球開拓者——一項由加州理工學院領導的量化和研究月球水的任務，它將與阿耳忒彌斯 1 號上搭載的三艘航天器分開發射。它將使用先進的紅外感測器，製作高解析度地圖，以繪製水的形式、丰度和分佈，並進一步闡明月球水存在的環境條件。這艘航天器太大而不能歸類為立方體衛星，它可以辨別哪些永久陰影隕石坑在地表有大量水冰沉積物，哪些是“空的”或擁有不易提取的水合礦物質。月球開拓者可能準備在 2022 年底發射。但它可能要到 2024 年才會升空，屆時它計劃搭乘 NASA 的星際測繪和加速探測器 (IMAP) 任務。
藝術家構想的 VIPER 移動機器人，它將在月球南極漫遊，尋找水冰。圖片來源：NASA 艾姆斯研究中心和丹尼爾·魯特
步入正軌
在某些方面，NASA 在搜尋月球水冰方面已經步入正軌。6 月 11 日，該機構宣佈，它已授予位於匹茲堡的航空航天公司 Astrobotic Technology 一份價值 1.995 億美元的合同，用於部署另一項任務：揮發物調查極地探測車 (VIPER)——使用該公司的格里芬著陸器。
該協議是航天機構的商業月球有效載荷服務計劃的一部分，在該計劃中，NASA 與私營公司簽訂合同，將裝置放置在月球表面。該機構僅提供有效載荷和服務現金。
該計劃要求高爾夫球車大小的 VIPER 在 2023 年從 Astrobotic 的著陸器上滾下來，地點仍在月球南極附近的一個未確定的地點。在其為期 100 個地球日的任務中，探測車將穿越數公里，並使用科學儀器檢查各種月球環境，以尋找水冰。探測車還將配備一個鑽頭，可以向下鑽探到月球表面一米深處。
NASA 行星科學部門主管洛裡·格萊茲表示，VIPER 本身的具體價格標籤仍有待確定。但該任務正在向前推進。至於水冰探索，“我們有很多大問題——不知道它是什麼，在哪裡，還有什麼與它在一起，”她在最近的一次媒體簡報會上說。
證明儲量
儘管它們的重疊目標可能使其中一些任務顯得多餘，但事實上，為月球水冰淘金熱做準備的工作非常多，甚至可能需要更多的航天器。
科羅拉多礦業學院空間資源中心主任安吉爾·阿布德-馬德里表示，到目前為止，從遙感探測器收集的所有訊號和測量結果僅構成月球上存在水的初步跡象。“借用採礦行業的術語，我們只知道月球上的水是一種‘推斷資源’，而不是‘探明儲量’，”他說。後者“是建立具有商業吸引力的商業用途開採作業，或向航天機構保證宇航員可以依靠這些水生存所必需的。”
阿布德-馬德里預見，要達到令人羨慕的水平，將需要開展更全面和更有條理的月球勘探活動：一支航天器艦隊，其中包括大量的低成本撞擊器和鑽探和溝槽取樣器，以及成群的機器人探測車。密蘇里科技大學的地質與採礦工程師萊斯利·格特施說，如果沒有這種強有力的努力，關於月球水冰沉積物的資料將“過於稀疏、粗略和不確定，無法進行超出粗略規劃的工作”。
她說，特別是 VIPER 任務可能是多階段努力的第一部分，目的是詳細查明和描述地面以及軌道上的水冰沉積物。從那裡開始，後續的調查可以收集更多關於實際冰沉積物的物理形態和純度的更精細資訊，這些資訊很可能與一定量的月球土壤混合在一起。最終，所有這些來之不易的知識可以使更復雜和更有利可圖的活動成為可能——從規劃挖掘到建立加工廠和安排生產執行。
格特施說，如果沒有如此龐大的資料集，在制定可能的採礦和加工沉積物方法方面取得有意義的進展可能會遙不可及。“現在正在設計的創新方法可能會被證明是誤入歧途的死衚衕，也可能是輝煌的飛躍。”“地球上礦區的歷史充滿了這兩者的例子。我們可以從過去學習。”
中佛羅里達大學的博士後研究員凱文·坎農認為，應該吸取的教訓之一是不應該使每個任務都嚴格地以科學為中心。對於開發月球冰作為資源最相關的許多未知數，例如哪些礦床最容易開採且最具經濟效益，對科學的意義微乎其微。
坎農說：“我認為像 LunaH-Map 和月球開拓者這樣的新軌道飛行器將主要在我們在已知的基礎上提供漸進式的改進。”他補充說，為了回答關於冰的數量和質量的最重要問題，機器人探測器以及最終的人類進行的現場偵查可能是必要的。
“我認為 VIPER 探測車是一個很好的開始，儘管它以科學為導向，”坎農說。“我們需要專門的、以資源為中心的任務才能真正瞭解其經濟潛力。”
阿耳忒彌斯宇航員在月球上工作的插圖。圖片來源：NASA
新的月球協議
似乎可以肯定的是，隨著世界對月球潛在經濟價值的瞭解不斷深入，規定月球活動的新的規章制度可能會變得必要。因此，NASA 在 5 月公佈了該航天機構稱之為阿耳忒彌斯協議的摘要。“我們需要一些新的東西。一個新的法律框架來支援阿耳忒彌斯活動，”NASA 國際和機構間關係代理副局長兼協議制定的關鍵領導者邁克·戈爾德說。
他們的關鍵原則之一與未來月球資源的利用有關。具體而言，該協議的摘要檔案指出，“在月球、火星和小行星上提取和利用資源的能力對於支援安全和可持續的太空探索和開發至關重要。”
但這一宣告取決於月球真正能提供什麼。“我們甚至不知道相對於月球而言，未知的未知數是什麼，”戈爾德說。“我們真的才剛剛開始觸及我們對月球物理學、地質學和機遇的知識的皮毛。”
戈爾德說，這種不確定性是阿耳忒彌斯協議中的原則需要相對籠統的原因。“就目前而言，我們需要以通用方式謹慎行事。我們將學到一些東西，我期待驚喜，”他補充道。“我確信當我們探索月球時，我們會遇到非凡的啟示。我們對月球的瞭解以及它為我們準備的驚喜不容低估。”