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阿提米絲1號

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阿提米絲1號
阿提米絲1號從甘迺迪太空中心39B號發射台(LC-39B)發射升空
名稱阿提米絲1號
任務類型無人月球軌道試驗飛行
運營方NASA
國際衛星標識符2022-156A
衛星目錄序號54257在維基數據編輯
網站www.nasa.gov/artemis-1
任務時長25天10小時又52分
航天器屬性
航天器獵戶座太空船CM-002
航天器類型獵戶座太空船MPCV
製造方波音
洛克希德·馬丁
空中巴士國防與太空
任務開始
發射日期2022年11月16日，06:47:44 UTC[1]
運載火箭太空發射系統Block 1
發射場甘迺迪太空中心LC-39B
承包方NASA
任務結束
回收方美國海軍
著陸日期2022年12月11日，17:40:30 UTC [2]
著陸地點下加利福尼亞州附近的太平洋 [3]
軌道參數
參照系繞月軌道
週期14天
月球軌道器

阿提米絲1號任務徽章

阿提米絲1號[註 1]（英語：Artemis 1，正式名稱為Artemis I[註 2]）[5]是NASA的阿提米絲計畫的無載人試驗飛行，這是獵戶座飛船和太空發射系統重型火箭的首次綜合飛行。[6] 阿提米絲1號於美國東部時間2022年11月16日凌晨01:47:44（協調世界時凌晨6:47:44）從肯尼迪航天中心成功發射。[7][2][8][9]

阿提米絲1號發射地點為肯尼迪航天中心的39B號發射台，在獵戶座飛船執行的26-42天任務中，有6天是在月球軌道進行逆向環繞。[10]該任務的後續任務為阿提米絲2號，使用太空發射系統火箭的第一次載人飛行測試。[11]

阿提米絲1號的獵戶座飛船於2021年10月20日移至航天器裝配大樓（VAB），這是NASA繼土星5號後進行的首次超重型運載火箭安裝[12]。

任務過程

阿提米絲1號任務將使用太空發射系統的Block 1型號發射，該火箭由核心級和兩個五段式固體火箭助推器（英語：Solid rocket booster，SRB），以及一個上面級組成。核心級將使用太空梭上的四個RS-25D引擎。核心級和助推器在起飛時會共同產生39,000千牛頓的推力。[13]上面級被稱為臨時低溫推進上級（英語：Interim Cryogenic Propulsion Stage，ICPS），其源自德爾塔-4運載火箭上面級，由一台RL10B-2提供動力。

在入軌之後，上面級會點火進行地月轉移（英語：Trans-lunar injection，TLI），將獵戶座太空船和10顆立方衛星置入地月轉移軌道。獵戶座將與ICPS分離並前往月球，而ICPS將部署10個立方衛星，用於進行科學研究或技術論證。[14]

獵戶座太空船將在太空中停留約3週，其中6天在月球遠距逆行軌道（英語：Distant retrograde orbit, DRO）上。[15]其距月球最近時和月表相距97千米。


本表格為大略時間，僅供參考。

任務經過時間 事件 高度
0小時00分鐘00秒 發射 0公里
地點:甘迺迪太空中心
0小時02分鐘00秒 固體推進器分離 45公里
0小時03分鐘40秒 發射中止系統被分離 91公里
0小時08分鐘14秒 主引擎停止發動，核心級分離 157公里
0小時16分鐘14秒 部署太陽能板 484公里
0小時54分鐘05秒 於近地點進行軌道抬升程序 1,791公里
1小時25分鐘00秒 地月轉移（TLI） 601公里
1小時53分鐘00秒 暫時低溫推進階段（ICPS）分離 3,849公里
1-4日 前往月球 3,849-394,501公里
4日7小時18分鐘 月球重力助推，之後進入遠距逆行軌道（DRO） 離地球的距離：401,643公里
離月球的距離：100公里
7-13日 於遠距逆行軌道（DRO） 348,931-437,321公里
20日 返回動力飛越 358,558公里
21-25日 返回地球 364,804-67,257公里
25日11小時30分鐘 載人和服務艙分離 5,140公里
25日11小時34分鐘 再入大氣層 100公里
≈25日12小時 降落傘部署 7,315公尺
≈25日12小時 濺落 0公里
地點：太平洋
阿爾忒彌斯1號任務軌道（地球中心）
阿爾忒彌斯1號任務軌道（地-月 旋轉參考系（英語：Rotating_reference_frame））


阿提米絲1號發射窗口期

日期 時間 時長 情況
8月29日 8:33（12:33 UTC） 120分鐘 延期（傳感器異常）
9月2日 12:48（16:48 UTC） 120分鐘 ---
9月3日 14:17（18:17 UTC） 120分鐘 延期（液氫洩漏）[16]
9月4日 15:44（19:44 UTC） 120分鐘 ---
9月5日 17:12（21:12 UTC） 90分鐘 ---
9月6日 18:57（22:57 UTC） 24分鐘 ---
9月23日[17][18][19] 6:47（10:47 GMT） 120分鐘 ---
9月27日[17][20] 11:37（15:37 UTC） 70分鐘 延期（天氣因素）[21]
10月2日[17] 14:52（18:52 UTC） 109分鐘 延期[21]
11月12日 待定[22]
11月16日 1:04（6:04 UTC） 120分鐘 發射成功，11月21日完成第一次月球飛越[23]

歷史

勘探地面系統和雅各布斯工程集團的工程師準備將用於月亮女神1號任務的太空發射系統運載火箭的核心級提升並放置在移動發射器上和已經組裝好的雙火箭推進器之間。
用於月亮女神1號的太空發射系統和獵戶座太空船完成裝配在車輛裝配大樓的3號高台。
月亮女神1號準備返回航天器裝配大樓進行維修
在第四次濕式測試之前，39B平台上的月亮女神1號正在組裝

地面試驗

由波音公司在米丘裝配厰承造的阿提米絲1號火箭核心級於2019年11月裝好四個引擎[24] ，並在一個月後宣佈完工[25]。隨後，核心級運離裝配厰去向史坦尼茲太空中心進行「綠色運行」系列測試(the Green Run test)，這個測試包含八個逐級複雜的試驗，它們包括：[26]

  1. 模態測試（振動測試）
  2. 航空電子（電子系統）
  3. 失效安全系統
  4. 推進力（發動機不點火）
  5. 推力向量控制系統（移動和旋轉發動機）
  6. 發射倒計時模擬
  7. 帶有推進劑濕式彩排
  8. 發動機靜態點火八分鐘

組裝

2020年6月12日，隨着固體火箭助推段從猶他州通過鐵路運抵甘迺迪太空中心，月亮女神1號的發射準備工作正式開始[27]。夏季末，運載火箭級適配器通過飛馬座駁船（英語：Pegasus barge）運抵發射場，並在組裝前被帶入航天器裝配大樓進行儲存[28]。

NASA和地面系統承包商雅各布工程集團（英語：Jacobs Engineering Group）開始在航天器裝配大樓的High bay3組裝月亮女神1號，在2020年11月23日組裝了兩個後部固體火箭助推段[29]。由於核心助測試在斯坦尼斯航天中心中延遲，組裝工作暫停後，於2021年1月7日恢復[30]。2021年3月3日，兩個固體火箭助推器在太空發射系統移動發射器上完成組裝。

月亮女神1號獵戶座飛船在移交給探測地面系統後，於2021年1月16日開始在多負載處理設施（英語：Multi-Payload Processing Facility）中進行燃料和發射前服務。

任務中的太空發射系統核心級（CS-1）在成功的運行熱火測試（英語：hotfire test）後，於2021年4月27日通過飛馬座駁船抵達發射場。2021年4月29日，它被移到航天器裝配大樓的低艙進行整修和組裝準備[31]。然後在2021年6月12日，該級與它的助推器組裝。2021年6月22日，運載火箭級適配器（LVSA）被安裝在核心級上。ICPS上級在2021年7月6日被組裝。在完成了臍帶縮回測試（英語：umbilical retract testing）和綜合模態測試後，2021年10月8日，帶有10個次級有效載荷的獵戶座階段適配器被安裝在上層的頂部[32]。2021年10月20日，封裝在逃逸塔下的獵戶座航天器被運到航天器裝配大樓並組裝在太空發射系統火箭的頂部，完成了High Bay-3的月亮女神1號飛行器的組裝[33]。在綜合測試和檢查期間，四個RS-25發動機控制器中的其中一個出現故障，需要進行更換，隨後火箭的第一次推出也被推遲[34][35]。

發射準備活動

2022年3月17日，月亮女神1號首次從車輛裝配大樓的3號高台推出，以進行發射前的濕式彩排（英語：wet dress rehearsal）。

在4月3日的首次濕式彩排（英語：wet dress rehearsal）嘗試中，由於移動發射器的增壓問題，測試被取消[36]。4月4日，在氣態氮供應不一致、液態氧溫度以及測試前未關閉的排氣閥等問題之後，完成測試的第二次測試被取消[37]。

在第三次測試的準備過程中，ICPS上面一級的氦氣止回閥被來自火箭的一個臍帶臂（英語：umbilical arms）的一塊橡膠卡住了，迫使測試人員推遲測試為該級提供燃料，直到該閥門可以在航天器裝配大樓更換。火箭的液氧箱成功地開始裝載。然而，在核心級裝載液態氫的過程中，在尾部服務桅杆的臍帶板上發現了泄漏，迫使測試再次提前結束。

NASA選擇將火箭運回航天器裝配大樓，以修復氫氣泄漏和ICPS止回閥，同時升級39B平台上的氮氣供應問題，因為之前的三次濕式彩排都出現了長時間的中斷。月亮女神1號於4月26日被送回航天器裝配大樓[38][39]。

在維修和升級完成後，月亮女神1號飛行器於6月6日第二次被推出到39B平台以完成餘下測試。

在6月20日的第四次濕式彩排測試中，火箭成功地在兩級上裝滿了推進劑，但由於尾部服務桅杆臍帶的快速斷開處出現了氫氣泄漏，倒計時無法達到計劃的T-9.3秒，並在T-29秒時自動停止。NASA任務經理很快確定他們已經完成了幾乎所有計劃的測試目標，並宣布濕式彩排（英語：wet dress rehearsal）程序結束。

7月2日，月亮女神1號被運回航天器裝配大樓，為發射做最後的準備，並修復了快速斷開的氫氣泄漏，預備在8月29日和9月6日之間的窗口進行發射。

發射嘗試及維修

8月29日，NASA在12:44UTC，即發射窗口開始11分鐘後，在twitter宣佈因爲排氣管問題取消發射[40]。火箭發射推遲至9月2日[41]。

9月3日，由於發動機冷卻管線的液氫洩漏問題依舊無法解決；NASA在倒數2小時28分53秒之際宣布再度取消發射。在18:26EST 宣佈因為無法通過快速克服氫氣洩漏，可能需要回廠整修，預計需時25天，因此停止在九月初嘗試發射。NASA表示發射臺地面側板和火箭側板之間有空腔洩漏液態氫，重新安裝密封件的三次嘗試均未成功。但是因爲發射窗口時間有限，可能需要儘快完成所有檢修以趕上9月19日至10月4日間的發射窗口[42]。

9月6日，NASA宣佈會將月亮女神1號移至VAB上，直接維修及更換問題部件，不需要運回組裝廠，但是需要在其上建設一個外圍，以保護部件免受天氣入其他環境條件，並使工程師能從事測試[43]。

9月24日，NASA宣佈因擔心熱帶風暴伊恩吹襲發射中心所在的佛羅里達州，決定第三度推遲原定9月27日的發射任務[44]。

發射

2022年11月16日1時47分44秒，阿爾忒彌斯1號從肯尼迪航天中心39B號發射場成功發射。12月5日，獵戶座飛船近距離飛越月球，之後開啟返程飛行，11日返回地球並落入太平洋。[45][46]

獵戶座載荷

獵戶座為月亮女神1號的運載火箭，除了繞月任務外還會有其他實驗衛星一同發射。

國際太空站上的AstroRad輻射背心

NASA與德國航空太空中心（DLR）和以色列航天局（ISA）合作，與StemRad公司（英語：StemRad）和洛克希德-馬丁公司一起進行Matroshka AstroRad輻射實驗（MARE），該實驗將測量月亮女神1號上的輻射劑量殘留，並測試AstroRad公司的輻射背心在低地球軌道以外輻射環境中的有效性。過去的輻射屏蔽策略依賴於太陽風暴庇護所，當太陽風暴爆發時，宇航員可以在其中尋求庇護，而AstroRad的人體工程學設計提供了一個移動保護系統，其屏蔽係數與風暴庇護所相似，但是不會妨礙宇航員執行任務的能力[47]。

另外，無人駕駛的月亮女神1號獵戶座飛船的乘員艙將包括兩個女性人體模型(Helga和Zohar)[48]，它們將暴露在月球軌道沿線的輻射環境中，包括太陽風暴和銀河系宇宙射線。其中一個人體模型將用AstroRad背心進行保護，另一個將不作任何保護。這些模型提供了精確測量輻射暴露的機會，不僅在身體表面，而且在人體內部敏感器官和組織的確切位置。輻射暴露將通過實施被動和主動劑量計來測量，這些劑量計被分布在模型內部的敏感組織和高幹細胞濃度的位置[49][50]。MARE的結果應使獵戶座成為其他科學實驗的平台，為深空探索提供準確的輻射風險預測，並驗證AstroRad背心的保護性能[51]。在太空艙內還將有一份由未來工程師為NASA舉辦的月球艙論文競賽的14000份參賽作品的電子版[52]。

十個低成本立方星將作為任務附帶的有效載荷飛行，安裝在獵戶座的適配器上。[53]它們都具有六個單元配置[54]，並且將駐留在將部署它們的運載火箭的第二級頂部的適配器內。到2021年10月，最終在適配器上安裝了10顆立方星。其中2顆由NASA的NextSTEP計畫（英語：Next_Space_Technologies_for_Exploration_Partnerships）挑選，3顆由人類探索與行動任務局（英語：Human Exploration and Operations Mission Directorate）挑選，2顆由科學任務理事會選擇，3顆來自NASA國際合作夥伴提交的申請。這些立方體衛星是[53]：

  • ArgoMoon（英語：ArgoMoon）由Argotec（英語：Argotec）設計並由義大利太空總署（ASI）協調，旨在對獵戶座的臨時低溫推進階段（ICPS）進行成像，以獲取任務數據和歷史記錄。它將展示小型航天器在ICPS附近機動和操作所必需的技術。[55]
  • BioSentinel（英語：BioSentinel）是一項天體生物學實驗，它將使用酵母作爲實驗體，來測量和比較深空輻射在低地軌道以外的其他軌道，在較長的時間尺度下對生物的影響。[56]
  • 由美國西南研究院設計的CuSP（英語：CubeSat for Solar Particles）將研究來自太陽的動態粒子和磁場，驗證以網絡跟蹤太空天氣概念的可行性。[56]
  • 月球冰立方（英語：Lunar IceCube）（英語：Lunar IceCube）是莫爾黑德州立大學設計的月球軌道飛行器，它將尋找來自低月球軌道的月球水冰的更多證據。
  • 月球極地氫測繪儀（英語：LunaH-Map）是亞利桑那州立大學設計的月球軌道器，將繪製月球南極附近隕石坑內的氫圖，跟蹤水等富氫化合物的深度和分布。它將使用中子探測器來測量與月球表面材料相互作用的中子能量。它的任務計劃持續60天，並執行141次月球軌道。[57]
  • Near-Earth Asteroid Scout（英語：Near-Earth Asteroid Scout）是可控太陽帆飛行器的概念驗證實驗，航天器將通過近距離飛越近地小行星（≈10公里，6.2英里），並使用高分辨率科學級單色相機測量近地小行星的物理特性來實現觀測。將根據發射日期、飛行時間和交會速度確定各種潛在目標。
  • 由JAXA設計的OMOTENASHI是一種用於研究月球輻射環境的着陸器探測器。
  • 由日本JAXA與東京大學設計的EQUULEUS（日語：EQUULEUS）將對地球的等離子層進行成像，以研究地球周圍的輻射環境，同時展示用於地球和月球之間空間軌跡控制的低推力機動。[55]
  • LunIR（英語：LunIR）是洛克希德·馬丁公司設計的航天器，用於飛越月球並收集表面光譜和熱成像。
  • Team Miles（英語：Team Miles）將在日心軌道上演示長距離通信，並展示使用混合離子推進器的低推力軌道控制技術。由佛羅里達州坦帕市的Fluid and Reason公司設計。

由於以下衛星錯過了阿爾忒彌斯1號發射窗口，因此有3個立方衛星接口中沒有對應衛星[58]，分別是：

除了這些具功能性的有效載荷外，月亮女神1號還將發射來自世界各地承包商和航天機構的紀念貼紙、種子和旗幟。

注釋

  1. ^ NASA、中國大陸也常使用簡體中文「阿尔忒弥斯」[4]
  2. ^ 以前稱為探索任務1號（英語：Exploration Mission-1, EM-1），在阿提米絲計畫成形後重新命名。

參見

參考資料

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  2. ^ 2.0 2.1 NASA Prepares Rocket, Spacecraft Ahead of Tropical Storm Nicole, Re-targets Launch. NASA. 2022-11-08 [2022-11-08]. （原始內容存檔於2022-11-08）. 
  3. ^ Davis, Jason. Artemis I launch guide: What to expect. The Planetary Society. [2022-08-24]. （原始內容存檔於2022-08-15）. 
  4. ^ 湯立斌 (編). 译名趣谈 | 阿耳忒弥斯？阿尔忒弥斯？. 參考消息網. 2021-11-08 [2022-11-18]. （原始內容存檔於2022-09-29）. 
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