星舰登月为何要加两次油：NASA最新轨道加注方案与发射次数之谜

去趟月球，同一艘加油船，要在两个完全不同的轨道上，给登月舱加两次油。

航天媒体 NASASpaceflight 的编辑 Ryan Caton 刚听同事 Alex 解释完这套方案，脑子直接宕机了。 他实在转不过弯，顺手打开电脑里的微软画图，拿粗线条画了一张草图，才算把整个流程顺明白。

正常人理解的太空加油，应该像高速公路服务区。 飞船飞到两三百公里的低地球轨道，油箱见底，停在加油站旁边加满，一脚油门直奔月球。 怎么还会有加两次油的操作？ 而且第二次加油，还得让加油船跟着登月舱一起变轨，换到一个更高的轨道上再加一遍？

这事来自 NASA 刚公布的阿尔忒弥斯 4 号任务概念图。 因为登月的目标变了。

早期的阿尔忒弥斯 3 号方案，登月舱只需要去月球附近的晕轮轨道接人，然后落下去。 但到了阿尔忒弥斯 4 号，NASA 打算玩一把大的： 它要星舰登月舱直接把 NASA 的猎户座飞船，一路推到距离月球表面只有 100 公里的低月球轨道。

这个改变听起来顺理成章，算起物理账来却极其要命。 猎户座飞船自己重达几十吨，星舰本身是个一百多吨重的不锈钢庞然大物。 把这么巨大的两艘飞船一起从地球拉出去，踩刹车进低月球轨道，再落到月球南极，最后还要飞回来。 这需要极其夸张的速度增量。

齐奥尔科夫斯基火箭方程在旁边冷冷看着你。 如果在低地球轨道把星舰加满，它满打满算装 1200 吨推进剂。 可为了把这 1200 吨推进剂连同飞船一起从地球引力井深处拔出来，飞船在路上就得烧掉大半箱油。 等你真正赶到月球门口，油表早就见底了，根本不够在低月球轨道减速，更别提落下去再起飞。

火箭的死结就在这里： 你想飞得更远，就得多带燃料； 但多带燃料的下场，就是飞船变重，你得烧掉更多的燃料来推这批燃料。

SpaceX 和 NASA 想出来的破局办法，就是那个让人脑子宕机的最终加注轨道。

先发射一艘星舰燃料库，停在 200 多公里的低地球轨道。 接着连续发射多艘星舰油罐船，一趟一趟往天上升，像蚂蚁搬家一样把这个燃料库灌满。 然后登月舱发射升空，靠上去，燃料库把推进剂倒给登月舱。 登月舱满了。 这是第一次加油。

如果是传统方案，登月舱这时候就该出发了。 但他们停住了。 SpaceX 继续从地面发射油罐船，把刚才掏空的燃料库，在低地球轨道上重新灌满。 这时候，低轨道上漂着两艘加满油的巨舰。

下一步才是最绝的。 登月舱启动猛禽发动机，向上爬升，进入一个扁长的椭圆轨道。 近地点几百公里，远地点拉到几万公里外。 紧接着，那艘满油的燃料库也启动猛禽发动机，跟着一起爬上去，进入完全相同的椭圆轨道。 这个大椭圆轨道，就是所谓的最终加注轨道。

两艘飞船从低轨爬到这个高椭圆轨道，肚子里都烧掉了大几百吨燃料。 但它们已经成功爬到了地球引力井的边缘。 就在这里，燃料库和登月舱再次对接。 燃料库把肚子里剩下的所有推进剂，全部注入登月舱。 这是第二次加油。

加完之后，燃料库功成身退，可以直接扔掉。 但你再看此时的星舰登月舱： 它已经站在了地球引力井的最外沿，随时准备冲向月球。 而它的油箱，竟然又是百分之百全满的。

从高椭圆轨道脱离地球引力，只需要极小的速度增量。 省下来的那几千米每秒的速度，全成了去月球硬碰硬的本钱。 它不仅能推着猎户座一路狂飙，还能稳稳把几十吨设备砸在月球南极。

轨道力学的问题是用两段接力给解开了。 但同事 Alex 看完这套流程图，立刻抛出了那个灵魂拷问： 这怎么可能只要六到八次发射？

按马斯克早前在推特上的说法，一次登月任务只需要六到八次加油飞行。 大家当时觉得这个数字已经很激进了。 现在把画图软件里的步骤拆开一算： 燃料库发射算一次。 第一轮灌满燃料库，按每次运 100 到 150 吨算，至少需要八到十次油罐船。 登月舱自己发射算一次。 第二轮再把燃料库灌满，又得八到十次油罐船。 算下来，光是为了凑齐这一次登月所需的粮草，近地轨道上就要连续打将近二十枚星舰。

为了把一艘飞船喂饱两次，整个发射场必须变成流水线工厂。 两三天打一枚，天上随时有飞船在对接、转移推进剂、变轨。 这不是在执行某一次孤立的航天发射。 这是人类第一次试图在太空中，搭起一套高密度的现代化物流系统。