来源：中国航天

美国SLS-1重型火箭首次载人绕月任务分析

张绿云、杨开、王林

北京航天长征科技信息研究所

2026年4月2日，美国SLS-1重型运载火箭成功进行第二次发射任务，将载有4名宇航员的猎户座载人飞船送入大椭圆轨道（185×70 000 km），并完成4颗立方星的部署。本次任务是美国自阿波罗登月任务以来首次前往月球的载人任务，也是载人登月前的一次绕月飞行试验，不仅验证了SLS-1重型火箭载人发射能力，还利用上面级演示了猎户座与登月着陆器对接的操作流程，为2028年的阿尔忒弥斯4号首次载人登月任务奠定了基础。

图1 SLS-1重型运载火箭点火发射

一、阿尔忒弥斯2号载人绕月任务

1.1 SLS-1/猎户座系统发射任务概述

北京时间2026年4月2日6：35，美国NASA研制的SLS-1重型运载火箭搭载猎户座载人飞船以及由韩国、德国、阿根廷和沙特阿拉伯开发的4颗12U立方星，从肯尼迪航天中心39B发射工位点火发射，执行阿尔忒弥斯登月计划下的第二次发射任务——阿尔忒弥斯2载人绕月任务。猎户座载人飞船搭乘了4名宇航员，包括指挥官里德·怀斯曼（美国）、飞行员维克托·格洛弗（美国）以及任务专家克里斯蒂娜·科赫（美国）和杰里米·汉森（加拿大）。本次任务周期为10天，猎户座飞船将在4月12日返回地球，在加利福尼亚州圣地亚哥海岸溅落，最终形成一个从地球延伸约450 656km的8字形飞行轨迹。

图2 阿尔忒弥斯2载人绕月任务

本次任务在发射前48h启动倒计时，在完成接通电源、启动航电系统、建立箭地数据流等数百个操作步骤后，发射团队在发射前约10h开始加注推进剂，4名宇航员在点火前约4h登上猎户座飞船。射前10min左右，SLS/猎户座系统从地面电源切换到箭上电源。发射前33s，SLS飞行计算机启动一系列自动操作。点火前6s，SLS-1芯级主发动机相继点火，而固体助推器在0s启动，SLS-1火箭主要飞行事件时序如表1和图3所示。

表1 SLS-1火箭主要飞行事件时序

图3 SLS-1重型火箭飞行剖面

抵近操作演示是本次任务中开展的一项重要试验，具体过程如下图所示，先后以ICPS上面级的正面和侧面为接近目标，整个过程涉及ICPS上面级与猎户座飞船的分离、旋转、远离与接近，由宇航员手动操作航天器并完成检查。本次任务中，猎户座飞船未设置对接接口，因此实际没有发生对接操作。在完成抵近操作演示后，ICPS上面级在返回大气层之前进行最后一次点火，完成4颗立方星在大椭圆轨道的部署。

图4 ICPS上面级与猎户座飞船抵近示意图

图5 ICPS上面级与猎户座飞船抵近操作演示流程

阿尔忒弥斯2号任务原计划今年2月进行，但在两次加注合练中，先后出现芯级液氢泄漏与ICPS上面级氦气输送系统无法正常输气等技术故障，任务被推迟至4月进行。

在第一次加注合练中，芯级推进剂快速加注阶段出现液氢泄漏超限问题，通过提高接头处密封件温度的应急处理并未完全奏效，相同问题在推进剂补加阶段再次出现且泄漏速度加快，导致合练被迫中止。本次故障原因被定位为液氢加注/泄出管路的密封件错位、变形或存在异物，操作人员随后更换了液氢、液氧加注/泄出管路的密封件。

在第二次加注合练中，用于ICPS上面级的箭上氦气输送系统无法正常输送氦气，被迫临时切换为地面供气，该系统用于环境吹除和贮箱压力维持。SLS-1/猎户座系统被运回垂直组装大楼后，技术人员进入SLS火箭内部进行检查后明确：故障是因为快速断开装置中的密封件脱落，堵塞输送通道所致。随后，技术人员拆除快速断开装置，重装箭-地连接系统，并通过低流量氦气输送进行了验证。

在2022年开展的SLS-1首飞箭加注合练和发射尝试中，芯级液氢泄漏和上面级氦气输送的问题都曾出现过，NASA认为本次任务再次暴露相同问题，是由于发射间隔过长，操作人员经验不能有效固化导致。

二、SLS-1重型火箭总体概述

SLS-1为两级串联加捆绑固体助推器的构型，由芯级、2枚五段式固体助推器、级间段、过渡型低温上面级（ICPS）、飞船适配器、发射中止系统（LAS）组成，全长98.3m，最大直径8.4m，起飞质量2604t，最大推力为39 144kN。性能参数详见表2。

表2 SLS-1重型火箭及其主要结构性能参数

SLS-1火箭近地轨道（LEO）运载能力95t；地月转移任务的运载能力约为27t；在火星转移等更高能轨道条件下，仍可维持约22t级载荷运力；而在执行如木卫二探测或经木星引力辅助前往土星等高能深空任务时，其运载能力仍可达到约7t左右。SLS-1在各类深空任务场景下的运载能力显著高于猎鹰重型，可实现大型航天器的单次发射入轨，避免多次发射、在轨组装及在轨加注等操作，显著降低任务复杂度与风险，可为大型深空探测任务提供重要支撑。

图6 SLS-1和SLS-1B与美国其他现役重型火箭高能轨道发射能力对比

三、SLS-1重型火箭首飞后的技术改进

针对本次载人任务，NASA从以下三个方面对SLS-1火箭及地面设施等进行改进。

（1）提升火箭关键系统可靠性，降低飞行风险

为ICPS上面级实施了系列风险降低措施：一是RL10B-2升级为RL10C-2，将可展开喷管调整为固定喷管，减少潜在故障点；二是引入双点火器冗余设计，提高发动机点火可靠性；三是增加喷管脱落碎片捕获装置，以降低潜在碰撞风险；四是配备应急故障检测系统（EDS），实时监测火箭状态，在出现异常时自动响应并向猎户座飞船发出异常情况警告；五是配备GPS在轨导航功能，并重新定位其S波段天线，以改善发射期间与测距安全系统的通信。

其次，在火箭安控自毁机制中引入延迟策略，在发射中止，触发飞行安全系统的自毁指令时，先为猎户座飞船逃逸系统的逃逸动作留出时间窗口，再执行自毁。

再次，为提高固体助推器与芯级分离阶段的安全裕度，在助推器完成任务后，其分离发动机的喷射方向被额外调整了15度，以在火箭其余部分高速飞行时增大分离间隙，降低再接触风险。另外，为了防止发射过程中碎片造成的损坏，将分离发动机壳体材料由铝材更换为钢材。

（2）上面级上加装光学目标，满足载人飞船抵近操作演练需求

ICPS上面级上加装了光学目标，为宇航员在手动操控猎户座飞船绕上面级飞行时提供视觉线索，使其能够开展交会与对接程序演示。光学目标长0.6m，由感光阳极氧化铝制成，安装在ICPS上面级氢箱下部的复合桁架结构上。在火箭上升过程中，该光学目标将被封闭在级间段中，在ICPS上面级与芯级分离后露出。

图7 ICPS上面级氢箱下部增设光学目标

SLS-1首飞数据分析表明，固体助推器与芯级前部连接点附近振动水平高于预期，原因在于两者之间的不稳定间隙气流。为解决该问题，在芯级箱间段的助推器前向连接点两侧加装了4片长度约2.3m的气动边条，抑制不稳定气流，降低振动水平。NASA应用先进超级计算设施与统一规划风洞技术，通过更精细、快速仿真，验证气动边条改进措施的有效性，并对箭上电气系统重新进行了鉴定试验，保证其能够承受相应的振动环境条件。

图8 左图红色圆圈标示了SLS-1芯级上的气动边条位置，右图为气动边条

另外，对安装在箱间段的芯级电源分配控制单元（PDCU）进行了升级改进，提升可靠性。在芯级推力矢量控制系统中增加自密封快速断开装置，并在ICPS上面级液氢和液氧脐带管路上增加特氟龙密封圈，解决低温推进剂加注和泄出时的泄漏问题。

一是在阿尔忒弥斯2号任务发射过程中，固体助推器分离提前4秒，可使其未来近地轨道运载能力提升约725kg。

二是取消固体助推器金属壳体内隔热结构的附加阻隔层（内衬层），从多层结构改为单层隔热结构，提升隔热层结构可靠性。NASA已完成阿尔忒弥斯2号以及后续任务的固体助推器单层隔热结构设计方案的认证。

三是在肯尼迪航天中心39B发射工位新增容积约合4540 m³的液氢储罐，可将周发射次数由3次提高至4次。考虑液氢补给能力，最短周转时间如下：第1次与第2次发射间隔24h，第2次与第3次发射间隔48h（用于液氢补充），第3次与第4次发射间隔24h。

四是将开始于SLS/猎户座系统总装后的集成测试与检查（ITCO）次数由原来的10次减少至7次。

四、SLS重型火箭的未来发展计划

2026年2月末，NASA新任局长贾里德·艾萨克曼正式宣布对阿尔忒弥斯登月计划进行大规模架构调整，力争在2028年实现载人重返月球目标，并确保本世纪三十年代初的月球可持续探索计划。具体调整包括：1）将原定2028年执行的阿尔忒弥斯3号首次载人登月任务调整至2027年中发射，但其目标被调整为近地轨道载人测试，重点验证猎户座飞船与载人月球着陆器的对接能力；2）取消SLS-1B和SLS-2升级构型的研制，而是继续采用SLS-1基础构型，但会将其进行标准化设计，并采购联合发射联盟（ULA）的半人马座5上面级，以支持阿尔忒弥斯4和阿尔忒弥斯5载人登月任务；3）从阿尔忒弥斯6号任务开始，选择两家商业公司提供一次“端到端”（搭载宇航员从地面发射至返回地球）的载人登月运输服务。

图9  调整后的阿尔忒弥斯登月任务安排

NASA上述调整已经得到了SpaceX和蓝色起源等工业部门的支持，美国国会也通过立法同意该规划路径，既在行业内形成了共识，也有了政策经费保障。因此，采用ICPS和半人马座5上面级的SLS-1重型火箭将成为前5次阿尔忒弥斯载人任务的关键运输工具。而对于后续阿尔忒弥斯载人登月任务，虽然NASA鼓励当前参与阿尔忒弥斯计划的承包商基于现有系统，提供高效、低成本的解决方案，保留了波音等SLS主要承包商继续通过商业化模式运营SLS-1重型火箭的可能性，但SLS-1过高（单次发射成本超20亿美元）的成本负担使其很难与超重-星舰、新格伦等商业火箭竞争。在阿尔忒弥斯长期月球可持续探索中，SLS-1重型火箭的重要性将逐渐下降。

五、小结

阿尔忒弥斯2号载人绕月任务的成功，标志着美国进一步验证了地球和月球间往返载人运输能力。SLS-1重型火箭与猎户座飞船组合经绕月飞行验证，成为当前美国载人登月运输体系的核心。结合NASA近期对阿尔忒弥斯计划架构的务实调整，放弃SLS-1B与SLS-2升级构型，以SLS-1搭配半人马座5上面级作为主力运输工具，并增加近地轨道验证任务以降低风险。可以看出，美国正以“成熟系统优先、风险可控推进”的策略，加快任务进度，力争率先实现载人登月，巩固其在深空探测领域的主导地位。

尽管阿尔忒弥斯2号载人绕月任务最终取得成功，但其发射前加注合练中仍出现与首次任务一样的液氢泄漏问题，表明相关关键技术尚未完全消除工程不确定性。这凸显出以SLS-1为代表的重型液氢液氧火箭，在大规模低温推进剂加注环节面临突出挑战：大流量、长时序与超低温工况叠加，对系统设计、状态控制及操作精度提出极高要求。实践表明，液氢加注过程对温度、压力及流量变化高度敏感，系统复杂、容错率低，相关问题需通过地面试验反复暴露与修正，方能确保任务可靠实施。

随着NASA规划自阿尔忒弥斯6号任务起从商业公司购买“端到端”载人登月运输服务，商业运输能力从2029年开始将成为美国载人深空运输体系的关键。载人登月系统技术复杂性更高，商业航天企业在进度、技术和成本等方面会面临更大挑战，相关问题已经在“商业月球有效载荷服务”（CLPS）计划下暴露出来，可能无法完全照搬低轨“商业轨道运输服务”（COTS）的模式。因此，NASA也提出加强自身技术队伍建设，通过保持关键技术能力与工程经验，强化对复杂系统的总体把控、技术评估与风险管控能力，从而在商业化模式下继续掌握载人登月工程体系的主导权，确保重大任务的安全性与可控性。