在NASA的商業月球有效載荷服務計劃（Commercial Lunar Payload Services initiative，CLPS）下，將硬體和科學實驗送上月球的開局可謂坎坷。
根據CLPS計劃，美國供應商已簽約協助美國國家航空航天局（NASA）重振國家月球探測能力，所有這些都是為了準備最早於2026年9月在月球南極進行載人登月，這是NASA龐大的阿耳忒彌斯（Artemis）載人航天計劃的一部分。
CLPS計劃的全部內容是商業交付科學裝置，並對技術演示進行檢驗；這項公私合作計劃可能在2028年前授予高達26億美元的競爭性合同。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您將幫助確保未來能夠繼續報道關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事。
美國國家航空航天局（NASA）表示，所有這些資金旨在成為一項具有巨大回報的、節省成本的、低投入高產出的投資，這將有助於為人類在月球上持續存在奠定基礎，同時啟動月球經濟的建立。而且，如果在月球試驗場取得成功，NASA及其商業夥伴隨後可以將目光投向更高處，考慮在未來人類火星之旅中進行類似的合作。
這就是正在啟動的願景——但早期也遇到了一些障礙。
情緒過山車
首次CLPS月球任務在1月8日搭乘聯合發射聯盟（United Launch Alliance）的火神半人馬座（Vulcan Centaur）火箭完美升空後不久就註定失敗。由私營航天公司Astrobotic Technology建造的“遊隼一號”（Peregrine Mission One）航天器遭遇推進系統故障，這否定了其在月球格魯特胡森穹頂（Gruithuisen Domes）區域進行溫和著陸的計劃。
“遊隼”號（Peregrine）裝載了來自七個國家的20個有效載荷，其中包括NASA提供的實驗和16個商業客戶的實驗。
這艘問題纏身的航天器最終在公司地面控制團隊的即興調整下，被巧妙地引導進入受控的、自毀式重返地球大氣層；它在發射約10天后墜入偏遠的南太平洋水域。
“這真是一場情緒過山車，”總部位於賓夕法尼亞州匹茲堡的Astrobotic執行長約翰·桑頓（John Thornton）說。“我們經歷了發射後的最高峰——然後在幾個小時後就跌入谷底。”
NASA為該任務提供了1.08億美元的資金——桑頓指出，這個數字還包括成功費，成功費佔總額的10%。他說，鑑於著陸器的結果，公司將不會收到這筆現金。即便如此，桑頓仍然樂觀，並堅信CLPS方法是行之有效的，並且是可以實現的。
“我們認為這裡還有業務可做，”桑頓說。“我們執行這些任務的成本僅為正常成本的一小部分。商業參與者面臨的挑戰是試圖找到最佳點[和]透過確定承擔風險以降低成本的適當位置來獲得平衡。”
“遊隼”號（Peregrine）事後剖析
“遊隼”號（Peregrine）的事後故障審查委員會目前正在工作。它由Astrobotic和NASA人員組成，並由獨立審查員擔任主席，“以確保最終結果是公正的，我們能夠獲得真相，”桑頓說。
桑頓說，與NASA對太空事故進行的更標準和緩慢的審查相比，這次對故障原因的調查將快速進行。他補充說，迫切需要審查結果，以幫助指導“遊隼”號（Peregrine）的CLPS後續任務，即Astrobotic的“格里芬”（Griffin）月球著陸器。
“格里芬”（Griffin）著陸器的運載能力是“遊隼”號（Peregrine）的五倍——其中大部分將用於運載NASA的尋水揮發物調查極地探測車（Volatiles Investigating Polar Exploration Rover，VIPER）。VIPER的探測目標是諾比爾環形山（Nobile Crater）西緣附近，位於月球南極，官方預定發射時間為今年年底。但該計劃的時間表可能會改變。
“我想說，我們面臨時間表挑戰的可能性很高，”桑頓說。“我們必須在下一次任務中做對。”
高溫來襲
在“遊隼”號（Peregrine）之後，下一個由CLPS資助的任務是IM-1，即直覺機器公司（Intuitive Machines）在得克薩斯州休斯頓開發和運營的“奧德修斯”（Odysseus）月球著陸器的飛行，該著陸器於2月15日從地球發射升空。2月22日，這艘耗資1.18億美元的航天器成為自半個多世紀前“阿波羅17號”（Apollo 17）載人登月以來，第一艘實現月球著陸的美國製造探測器。
先拋開搖旗吶喊不談，“奧德修斯”（Odysseus）號到其預定目的地——月球南極附近的馬拉珀特A環形山（Malapert A）的下降過程並非一帆風順。
小問題來自航天器先進推進系統的不穩定效能，該系統使用了低溫液氧和液態甲烷的組合。更大的問題來自“奧德修斯”（Odysseus）號雷射測距儀的故障——這是月球接近最後階段的關鍵裝置，由於直覺機器公司（Intuitive Machines）在發射前的一次疏忽而未能發揮作用。這個錯誤在月球著陸日反噬了他們，並迫使任務控制人員緊急尋找替代方法，以確保安全、精準的著陸。值得慶幸的是，該公司反應迅速的工作人員設法重新調整了其他機載導航儀器的用途，使下降中的“奧德修斯”（Odysseus）號到達了目標著陸區一英里範圍內。
但這個六腿著陸器的著陸速度過快。它的下降速度和水平速度都高於計劃，撞擊更猛烈，並在傾斜的地形上滑行，在這個過程中折斷了一些著陸支架。與此同時，“奧德修斯”（Odysseus）號主發動機仍在點火——當它停止時，著陸器傾斜到與地面大約30度的角度。這種傾斜的姿態減少了到達航天器太陽能電池板的陽光，並損害了幾根天線，使往返月球表面的傳輸量減少到涓涓細流。
儘管如此，直覺機器公司（Intuitive Machines）執行長史蒂夫·阿爾特姆斯（Steve Altemus）認為，“奧德修斯”（Odysseus）號實現了其高級別任務目標：在過於猛烈的“軟”著陸中相對完好地倖存下來，並向客戶返回了科學資料。“這兩個目標都實現了，所以在我們看來，這是一次完全的成功。”
堅強的小傢伙
在著陸後的IM-1狀態報告中，NASA約翰遜航天中心CLPS專案科學家蘇·萊德雷爾（Sue Lederer）表示，最重要的是，每個有效載荷“都達到了一定程度的目標”，並將“奧德修斯”（Odysseus）號稱為“堅強的小傢伙”。
然而，NASA的月球羽流表面研究立體相機（Stereo Cameras for Lunar Plume Surface Studies，SCALPSS）是六個NASA有效載荷之一，未能達到其全部科學閾值。SCALPSS的重點是“奧德修斯”（Odysseus）號火箭發動機羽流在下降時如何沖刷塵土飛揚的月球表面，拋射可能損壞附近任何硬體的碎片。更好地瞭解火箭羽流如何在月球上揚起和輸送塵埃，對於確保阿耳忒彌斯（Artemis）宇航員未來在那裡安全著陸也可能至關重要。
由於著陸器雷射測距儀的故障，原本用於觸發SCALPSS的相關高度資料從未到達，因此該實驗無法在“奧德修斯”（Odysseus）號下降期間和之後獲得任何影像。
NASA空間技術任務理事會代理首席架構師兼SCALPSS首席研究員米歇爾·蒙克（Michelle Munk）說：“如果SCALPSS在著陸期間執行，處理後的結果可以視覺化為月球表面的3D形狀。”
蒙克說，“奧德修斯”（Odysseus）號上的直覺機器公司（Intuitive Machines）相機並未設定為收集相同型別的影像，但儘管如此，可能包含有用的線索，以幫助彌補來自SCALPSS的詳細資料的缺失。
蒙克和她的同事們應該會在今年晚些時候透過下一次CLPS飛行機會——螢火蟲航天公司（Firefly Aerospace）的“藍色幽靈1號”（Blue Ghost Mission 1）任務，再次有機會研究火箭揚起的月球塵埃。
總部位於得克薩斯州雪松公園的螢火蟲航天公司（Firefly Aerospace）的CLPS任務訂單總額接近2.3億美元。這些資金為該集團的“藍色幽靈”（Blue Ghost）月球任務提供資金，計劃於2024年和2026年執行。
“藍色幽靈1號”（Blue Ghost Mission 1）目前計劃於2024年下半年搭乘SpaceX的獵鷹9號（Falcon 9）火箭飛行。“藍色幽靈2號”（Blue Ghost Mission 2）的有效載荷將於2026年飛往月球背面，並且可能會搭乘螢火蟲公司正在開發的貝塔（Beta）運載火箭到達那裡。在月球背面，一個特別的有效載荷，被稱為“月球表面電磁實驗-夜間”（Lunar Surface Electromagnetic Experiment-Night，LuSEE-Night），將測試用於在射電天文學中進行變革性研究的技術。由於月球本體可以遮蔽來自地球的干擾和靜電，即使是適度的射電望遠鏡也應該能夠探測到來自原始宇宙的微弱訊號。然而，如果LuSEE-Night被證明是成功的，那麼“適度”可能就不是描述未來月球背面射電望遠鏡的最後一個詞了，這些望遠鏡可以建造得非常龐大，以空前的細節來審視早期宇宙。
即將到來的登月發射
螢火蟲公司今年晚些時候的登月發射將把10個NASA資助的有效載荷運送到危海（Mare Crisium），這是一個寬556公里（345英里）的平底隕石坑，位於月球北半球。到達那裡後，實驗將分析月球的月壤、地球物理構成以及太陽風和地球磁場之間的相互作用。
西南研究院（Southwest Research Institute）的行星科學家、藍色幽靈1號（Blue Ghost Mission 1）上搭載的一項新型實驗的首席研究員鮑勃·格林姆（Bob Grimm）對他的獨特月球科學機會感到興奮——但也並非沒有一絲焦慮。
“Astrobotic和直覺機器公司（Intuitive Machines）任務的結果都令人擔憂，”格林姆說。即便如此，“螢火蟲公司也應該在沒有任何先入為主觀念的情況下進行嘗試。”他的有效載荷——月球磁大地電測深儀（Lunar Magnetotelluric Sounder，LMS）將使用磁力計探測月球地表下深達1127公里（700英里）的區域，這有可能揭示我們衛星內部結構的新細節。
格林姆認為，儘管IM-1取得了避免災難的令人滿意的結果，但直覺機器公司（Intuitive Machines）的領導層稱該任務為“完全的成功”有點牽強。
然而，無論標籤如何，直覺機器公司（Intuitive Machines）的首席科學家本·巴塞（Ben Bussey）表示，該公司堅定地專注於確保從IM-1任務中吸取的教訓能夠為該機構即將到來的IM-2月球著陸器任務提供資訊。IM-2計劃最早於今年第四季度發射，將被派往月球南極沙克爾頓環形山（Shackleton Crater）的脊狀邊緣，該目標也是NASA阿耳忒彌斯3號（Artemis III）任務的考察目標，這將是自阿波羅時代以來首次載人重返月球表面。“我們已經在山脊上找到了幾個安全地點，這些地點滿足了IM-2有效載荷的目標，”巴塞說。
阿耳忒彌斯（Artemis）的雄心
探索沙克爾頓環形山（Shackleton）被廣泛認為是任何可持續載人月球存在的中心，無論是透過阿耳忒彌斯（Artemis）還是其他載人航天計劃，例如中國的計劃，中國也瞄準了該環形山。環形山邊緣的山峰幾乎總是沐浴在陽光下——非常適合為太陽能電池陣列供電——並且還提供與地球近乎持續的視線電信鏈路，這對於任何未來的長期基地都是必不可少的。
但這還不是全部。與許多鄰近的極地隕石坑一樣，沙克爾頓環形山（Shackleton）也是永久陰影區（permanently shadowed regions，PSRs）的所在地——這些區域在數十億年裡從未被陽光親吻過。
人們認為，富含揮發物的PSR月壤是超冷的冰水儲藏庫，可以開採和加工成飲用水——或者，就此而言，加工成火箭燃料。但在嘗試如此大膽的壯舉之前，任務規劃人員必須首先透過找到一種安全且直接的方式來研究甚至取樣PSR的寒冷深處，從而獲得“地面實況”。
為此，IM-2計劃釋放微型新星（Micro-Nova），這是一個耗資4160萬美元的、由NASA資助的小型、可部署的“跳躍著陸器”，用於進出PSR。
“IM-2絕對有可能提供關鍵的新資料。我們的跳躍著陸器攜帶了幾種儀器，這些儀器將首次從PSR內部進行表面測量，”巴塞說。
失敗也是一種選擇
聖母大學（University of Notre Dame）教授兼月球探測專家克萊夫·尼爾（Clive Neal）認為，展示商業能力成功登陸月球將具有劃時代的意義。
尼爾表示：“雖然美國商業公司首次嘗試登陸月球失敗了，但這些任務的本質是失敗也是一種選擇。”“但是，仍有許多問題懸而未決。”
其中包括CLPS在NASA及其政治任務負責人失去耐心之前可以累積多少次失敗。此外，尼爾繼續說道，從每個任務中吸取的教訓如何在CLPS供應商之間共享（如果有的話）？或者每家公司都自行學習？畢竟，這是一項商業和競爭性事業，他說。
尼爾說，最近的IM-1任務值得注意，因為它體現了飛行控制人員為到達月球表面並進行操作而必須進行的“即時”適應。“我不認為這次任務是一次失敗，而是一個探路者，它將為直覺機器公司（Intuitive Machines）和CLPS計劃的未來提供資訊。”
喬治·華盛頓大學（George Washington University）空間政策研究所所長斯科特·佩斯（Scott Pace）認為，到目前為止，CLPS計劃進展順利，儘管Astrobotic遭受了損失，IM-1的成功也並非完全合格。
佩斯說：“第一次總是很困難的，重新學習飛往月球需要經驗。”他說，幾乎同樣重要的是組織和文化學習，在其中NASA和工業界學會以新的方式合作。
佩斯總結道：“這些任務與其說是科學和技術探索，不如說是採購試點計劃。”