美国宇航局在亚利桑那州沙漠“月球漫步”的幕后花絮

美国宇航局宇航员凯特·鲁宾斯和安德烈·道格拉斯最近进行了四次月球行走模拟，以帮助美国宇航局为阿尔忒弥斯三号任务做准备。阿尔忒弥斯三号将于 2026 年 9 月发射，将首次将两名尚未选定的宇航员降落在月球南极。

前往太空需要大量的准备，不仅对于宇航员来说如此，对于在幕后工作的数百名工作人员来说也是如此。这就是为什么地球上的模拟至关重要。它们让宇航服和工具设计师能够看到他们的设计在实际中发挥作用。监控航天器系统和机组人员活动的飞行控制员可以练习如何捕捉技术问题或宇航员安全威胁的早期迹象。科学家使用模拟来练习通过宇航员的描述从远处进行地质观测。

2024 年 5 月 13 日至 5 月 22 日，鲁宾斯和道格拉斯跋涉穿越亚利桑那州北部的圣弗朗西斯科火山区，这是一个地质上与月球相似的目的地，由数百万年的火山喷发形成。在那里，他们观察了周围的土壤和岩石并收集了样本。月球行走后，宇航员测试了可用于阿尔特弥斯任务的技术，包括使用增强现实帮助导航的平视显示器，以及可以帮助引导机组人员返回月球着陆器的照明信标。

鲁宾斯和道格拉斯还带来了数十名工程师和科学家。其中一些人与宇航员一起在现场工作。其他人则从位于休斯顿的 NASA 约翰逊航天中心的模拟任务控制中心远程加入，以更真实地模拟与距离月球表面约 24 万英里的宇航员一起工作的情况。  

来看一下“月球漫步”的幕后场景

“我在亚利桑那州的经历太棒了！我与几个团队合作，探索了异国风情，并体验了与团队一起执行任务的感觉。” ——安德烈·道格拉斯 美国宇航局宇航员

练习准备

鲁宾斯和道格拉斯努力保持模拟心态，而一头牛则在一旁观看。他们背着背包，背包里装满了照明、通讯、相机和这些设备的电源。

当然，月球上没有牛。但有一个地区叫做马里乌斯山，地质学上与亚利桑那州的火山区相似。和亚利桑那州的火山区一样，马里乌斯山也是由古代火山喷发形成的，因此两地的岩石成分相似。

亚利桑那州模拟地点还与月球南极地区相似，那里的岩石大小、丰度和组合都有细微变化。注意到月球岩石的这种细微差异将有助于揭示小行星碰撞、火山活动和其他事件的历史，这些事件不仅塑造了月球，还塑造了地球和太阳系的其他部分。

“因此，这个‘着陆点’可以很好地模拟宇航员在月球南极寻找的月球风化层细微变化类型，”亚利桑那州弗拉格斯塔夫美国地质调查局的地质学家、模拟科学团队的联合负责人劳伦·埃德加 (Lauren Edgar)说。

令埃德加和她的同事们高兴的是，鲁宾斯和道格拉斯正确地识别出了亚利桑那州岩石中的细微差异。但是，尽管他们取得了成功，但当天的月球行走却因强风而被迫提前结束。就像牛一样，在几乎没有空气的月球上没有风。 

餐桌上的科学

聚集在美国宇航局约翰逊航天中心的地球和行星科学家通过科学评估室的现场视频和音频直播跟踪了月球行走过程。这些专家为每次模拟月球行走制定了详细计划，并为任务控制中心提供了地质专业知识。

房间里的每个人都各司其职。一个人负责在科学团队和飞行控制团队之间传达信息。其他人负责监控机组人员的科学任务，以确保宇航员按计划完成任务。

一个小组分析了亚利桑那州地面上的队员发回的岩石、土壤和露头图像。他们收集的信息有助于确定队员每次穿越的科学任务是否需要改变。

是否更新任务的决定是由 NASA 和其他机构的一小群专家做出的。上图中围坐在桌子旁的这群科学家被称为“scrum”，他们代表了火山学和矿物学等学科。

他们评估了来自机组人员的信息和科学团队的分析，以便快速决定是否因为意外发现而改变当天的科学任务。在 Scrum Table 上服务是一项压力很大的工作，因为更新计划以在一个有趣的地点花更多时间可能意味着放弃在另一个地点的时间。

亚利桑那月球漫步也为科学家提供了一个机会，让他们测试自己利用在月球表面数英里外轨道运行的航天器的数据绘制地质图的技能。这些地图将识别出具有科学价值的南极岩石和地貌，以帮助 NASA 挑选最具科学价值的南极着陆点。

科学家将利用美国宇航局月球勘测轨道飞行器的数据绘制月球上阿尔特弥斯三号着陆点周围的地质图。但为了绘制亚利桑那州火山区地图，他们依靠的是地球卫星数据。然后，为了测试他们的亚利桑那州地图是否准确，几位科学家将宇航员沿途的位置（根据他们周围的地貌自我报告）与地图上识别的地质特征进行了比较。

在亚利桑那州月球漫步前的几个月里，科学家们向鲁宾和道格拉斯教授了地质学，这是一门解读行星和卫星历史的关键学科。自 20 世纪 60 年代和 70 年代初的阿波罗时代以来，地质学培训就很常见。事实上，阿波罗宇航员也在亚利桑那州接受过训练。这些先驱探险家花了数百个小时在课堂和实地学习地质学。阿尔特弥斯宇航员也将接受类似的强化训练。 

在类似月球的条件下作业 

5 月 16 日，NASA 团队成员（照片中位于前景中的推车后面，无法看到）在为期一个半小时的夜间月球行走模拟中，用聚光灯照射宇航员。聚光灯用于模拟月球南极地区的光照条件，那里的太阳不会像地球上那样升起和落下。相反，它只是穿过地平线，像放在桌子上的手电筒一样掠过月球表面。

太阳在月球上的位置与月球轴线的 1.5 度倾斜有关。这种轻微的倾斜意味着月球的北半球或南半球全年都不会明显地靠近或远离太阳。相比之下，地球的 23.5 度倾斜使北半球和南半球根据一年中的时间离太阳更近（夏季）或更远（冬季）。因此，太阳在夏季在天空中的位置比在冬季高。

与白天的月球行走相比，宇航员可以轻松看到并描述周围的情况，而夜间的月球行走则相对安静。鲁宾斯和道格拉斯戴着头盔上的小灯，只能看到脚周围的区域。但两人测试了便携式辅助灯，报告称能见度大大提高，周围 20 英尺内可见范围得以扩大。

来自美国宇航局马里兰州格林贝尔特戈达德太空飞行中心的矿物学家，也是模拟科学团队的共同负责人。

5 月 16 日夜间月球行走模拟中的科学评估室。科学家们坐在工作站，房间前面的屏幕上播放着宇航员在现场的现场视频和音频。

休斯顿模拟任务控制区中的工程师们测试了专门为管理月球行走而设计的软件。其中一个程序会自动对月球行走期间收集的数小时音频和视频片段以及数百张照片进行分类。另一个程序可帮助团队规划月球行走、跟踪时间和任务，以及管理有限的生命支持用品（如氧气）。此类跟踪和归档将为一代又一代的科学家和工程师提供背景数据。 

学习通用语言 

休斯顿团队在太空行走期间使用的音频流是令人眼花缭乱的嘈杂声音，代表了任务控制中心所有工程和科学角色的声音。训练有素的任务控制专家可以屏蔽噪音，只关注他们需要采取行动的信息。

因此，模拟的目标之一就是训练科学家如何做到这一点。“从科学角度来说，我们是新手，”阿基里斯说。

在亚利桑那月球行走期间，科学家们学会了如何简洁明了地向飞行控制团队传达他们的优先事项，然后飞行控制团队再与宇航员进行交流。例如，如果科学家需要改变穿越计划以返回某个地点拍摄更多照片，他们必须向负责的飞行指挥员合理化请求。如果指挥员批准，指定人员会将信息传达给机组人员。在这次模拟中，这个人就是美国宇航局宇航员杰西卡·沃特金斯，她是一名受过训练的地质学家。  

美国宇航局制定的严格通信规则旨在限制宇航员在进行体力和智力要求高的太空行走时所受到的干扰和危险。 

未来

在 5 月份月球漫步模拟之后的几周里，飞行控制员和科学家们一直在汇报和记录他们的经验。接下来，他们将重新审视科学评估室的设计等细节。他们将重新考虑每个团队成员的角色和职责，并探索新的工具或软件升级，以提高他们的工作效率。在未来的模拟中，仍处于规划阶段，他们会一遍又一遍地重复这一切，以确保真正的阿尔忒弥斯月球漫步——人类 50 多年来首次踏上月球表面——能够完美编排。