本文作者：天疆说
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Gateway 工程案例
月球门户（Gateway）概述
NASA 的月球门户（Lunar Gateway）是 Artemis 计划的核心基础设施，是一个计划在地月空间运行的小型空间站[363]。与国际空间站（ISS）不同，Gateway 并非常驻轨道，而是运行在 L2 南族 9:2 会合共振 NRHO 上，每约 6.56 天绕月一圈，支持深空任务与极区着陆[203]。
Gateway 选择 NRHO 作为其运行轨道，主要基于以下考量：
- 轨道稳定性：NRHO 弱双曲不稳定性弱，维持所需推进剂少
- 月面可达性：从 NRHO 到月球两极的转移 ΔV 约为 200-400 m/s，优于 LEO
- 通信覆盖：每个周期的大部分时间悬于月球南极上空，对极区着陆区可见性好
- 深空中转：NRHO 可作为地月往返与深空任务的中间站
Gateway 的目标 NRHO 参数为近月点高度约 1500 至 3000 公里，掠过月球北极上空，远月点距月心约 7 万公里，伸向月球南极外侧，周期约 6.56 天，连续 15 年的参考轨迹已经公布[291]。
国际合作模式
Gateway 是迄今为止规模最大的多边航天合作项目之一，各参与方承担不同舱段的研制与运营：
| 参与方 | 舱段 | 功能 |
|---|---|---|
| NASA（美国） | PPE（动力与推进）、HALO（居住与后勤） | 能源、推进、生活保障 |
| ESA（欧洲） | ESPRIT（欧洲加油模块） | 推进剂补加、通信增强 |
| JAXA（日本） | I-HAB（国际居住舱） | 人员居住、科学实验 |
| CSA（加拿大） | robotic arm (Canadarm3) | 舱外机器人操作 |
各舱段均设计为可在 Gateway NRHO 上独立或协同运行，体现了模块化、多国合作的设计思想[203][318]。
地月转移设计
从地球到 Gateway NRHO 的转移通常分为两个阶段：
- 地月转移轨道（TLI）：从 LEO 或直接发射进入地月转移轨道
- NRHO 插入：到达月球附近后沿稳定流形接入目标轨道并实施插入机动[398]
典型的 TLI 能量预算约为 km/s（相对于 LEO），到达月球影响球后的 NRHO 插入机动约为 200-400 m/s。
替代方案对比
在 Gateway 规划阶段，也曾考虑过 DRO 作为替代运行轨道。相比之下：
| 特性 | NRHO | DRO |
|---|---|---|
| 月面可达性 | 较好（200-400 m/s 到两极） | 较差 |
| 维持 ΔV | 年均数米/秒（现代方法可低于 2 m/s/年） | 几乎免控（CR3BP 下线性稳定） |
| 地球通信 | 好 | 较好 |
| 月球南极覆盖 | 好（南族成员大部分周期悬于南极上空） | 中等 |
| 工程成熟度 | 较低，Gateway 是首个大规模应用，CAPSTONE 已先行验证同类轨道[149] | 阿尔忒尼斯 1 号任务已实际采用远距离逆行轨道绕月 |
最终 NASA 选择 NRHO 作为 Gateway 的运行轨道，主要是考虑到其对月球表面（尤其是南极 landing zone）的可达性优势。