2020年12月8日，美国国家航空航天局（NASA）发布《“阿尔忒弥斯-3”任务科学定义组报告》^[1]，明确了计划在2024年将首位女航天员和一位男航天员送上月球表面的“阿尔忒弥斯-3”（Artemis-3）载人登月任务的科学优先事项，包括从“阿尔忒弥斯-3”任务候选科学计划、使能能力、地形测绘、登陆点选择等4个方面提出的15条研究发现及相应建议。

　　NASA“阿尔忒弥斯”（Artemis program）载人月球探索计划的七大科学目标包括：了解行星过程，了解挥发物周期，解释地-月系统撞击史，揭示太阳远古历史，利用独特的月基位置观测宇宙，在月球环境下开展科研实验，研究深空探索对人体的风险及减缓措施。“阿尔忒弥斯-3”任务科学定义组围绕这七大科学目标中的最高优先级科学问题，同时考虑为后续任务和最终建设“阿尔忒弥斯大本营”（Artemis Base Camp）打造基础，提出了包括野外地质考察、采样返回、原位和野外科研活动以及部署实验项目等在内的候选科学计划。NASA将在敲定“载人着陆系统”（HLS）能力、着陆点以及其他基础设施细节后，制定更详细的任务实施计划。报告对“阿尔忒弥斯-3”任务提出的主要建议如下。

　　1、候选科学计划

　　（1）要更好地实现采样返回，需要受过良好训练、配备先进工具的航天员开展地质观测，并与地面科学家开展实时通信。建议航天员参加模拟“阿波罗”计划的地质和行星科学课程，开展野外和室内教学，以便对月球采样点进行最佳的原位地质表征。位于地面的“阿尔忒弥斯-3”科学任务中心应配备专属的科学家团队，在航天员和任务中心之间实现实时的双向音频和单向视频通信。

　　（2）开展高优先级科学研究需要采集广泛分布在月球南极地区不同地理位置的各类样本，“阿尔忒弥斯-3”任务采回的样本重量将超过“阿波罗”计划平均每次任务的采样重量。建议对航天员进行培训并为他们提供装备采集月表及地下的各类样本，NASA应对采集的样本重量做好规划。

　　（3）样本采集与原位测量相辅相成，可增加科学回报。建议NASA精心设计协调样本采集与原位测量活动，包括利用原位仪器表征岩石样本以优选返回样本，原位挥发物测量与采样相结合以表征采样、运输、综合处理过程中的挥发情况，为在轨遥感提供地面数据等。

　　（4）样本保存系统可以保持的月球南极挥发性样本的特征，并防止气体暴露对乘员舱造成危害。建议NASA重点开发可以将挥发性的月球样本送返地球的轻质双重密封真空容器，减少采样损耗，增加科学回报。

　　（5）开展地球物理学和环境监测，实现“阿尔忒弥斯-3”任务的多个目标。建议部署一系列地球物理学和环境监测网络节点，尽管通过短期实验也可以逐步开展科学研究，但仍需要持续的电力和通信能力以更好支持高优先级科学研究。“阿尔忒弥斯-3”任务建立的节点可以通过后续机器人和载人任务进一步强化，进而建设全球网络。建议将利用地基激光测距开展月表大地监测列为高优先级事项，这样可以无需月表提供电力或通信支持，增加科学回报。

　　（6）原位仪器对于增加科学回报非常重要，包括支持采样、挥发物监测、地球物理学研究、井下监测和岩土工程表征等。建议NASA确保航天员在舱外活动期间配备原位成像和评估能力，以记录场地特征、采样过程和仪器部署。建议NASA提供从原位科学仪器实时传输数据的任务能力，记录现场特征，并使科学支持团队能够通过（近）实时反馈支持航天员舱外活动，包括在必要时的科学决策、提供处理后的数据等。这要求提前建立支持实时数据传输的高带宽通信，满足传输传感器测量数据的需求。

　　（7）“载人着陆系统”上预期用于向月表运输工具和有效载荷的质量配额不足以支持全部科学目标。建议NASA应遴选开发可满足多种测量或科研需求的仪器。建议NASA考虑预先在“阿尔忒弥斯-3”任务着陆点附近部署科学资产，包括航天员到达月表后可获得的工具/仪器箱，以及搭载仪器、用于环境监测的着陆器或漫游车等。

　　（8）鉴于“阿尔忒弥斯-3”任务的科学成果对于后续实施商业资源开采战略和建设“阿尔忒弥斯大本营”的重要性，应积极促进NASA内部载人探索和运行任务部、科学任务部和空间技术任务部之间以及NASA外部科学、工程和商业部门之间的合作。建议成立由科学任务部中的“阿尔忒弥斯”计划科学领导层组成的常设工作组，并与空间技术任务部及载人探索和运行任务部的代表密切协调，确保沟通明确，促进计划实施。建议NASA现有的计划分析团队，如月球探测和分析小组、地外材料综合处理和分析规划小组等，在综合科学、工程和商业部门意见方面发挥重要作用，并促进各部门积极参与“阿尔忒弥斯”计划。

　　2、使能能力

　　（1）为部署实验提供长期运行的电力和通信功能可以最大程度满足多项高优先级研究事项的需要。建议NASA寻求长期电力和通信能力的解决方案，根据需要在多个着陆点实现网络化运行，满足“阿尔忒弥斯-3”及后续任务的科研需要。

　　（2）航天员在月表的机动性是增强科研能力的关键要素。建议NASA尽早（理想情况是自“阿尔忒弥斯-3”任务起）为航天员在月表活动提供漫游车或其他机动方式的解决方案。

　　（3）可返回含冰和/或挥发性成分样本的低温采样返回能力将极大增加科学回报。建议NASA开发相关硬件、实施相关操作，将一部分样本全程以低温固态形式从月表运至地面实验室。返回低温样本将提高挥发物和冰样本分析的科学保真度。

　　3、地形测绘

　　（1）大地测量控制精度会直接影响空间数据分析的准确性和数据产品的比对，对任务规划和科学分析都至关重要。建议在2021年确定对标准月球大地坐标参考系的任何必要更新，并将基础产品映射到参考系上和/或直接使用参考系。建立标准化的坐标参考系可以显著提高数据可靠性并减少出错的风险。

　　（2）制图和时间参数的标准化对于关联航天员活动与仪器测量的时间至关重要。建议尽快确定月表测量（照片、视频和表面测量）的制图和时间控制标准，以便在仪器开发中应用这些标准，并将高保真时间编码用于所有表面测量时间与地球世界标准时间之间的同步。

　　（3）在“阿尔忒弥斯-3”任务开发中，科学家和任务规划人员应充分利用已有的月球观测数据。在月表任务运行中实施精确着陆和定位依赖于对已有数据的精确和可靠应用。建议为行星数据系统提供足够资助，维护搜索、访问和使用月球数据所需的在线工具。为保障月表着陆和运行所需的准确性和精度，建议使用可获得的最高质量数据为月球南极开发新的地图产品，包括马赛克和地形模型，并使用（可能已更新的）标准月球大地坐标参考系。建议支持从现有任务中获得新的高阶数据产品，满足“阿尔忒弥斯-3”任务需要。例如，对候选着陆点更详细的地质制图至关重要。

　　4、登陆点选择

　　“阿尔忒弥斯-3”任务的科学回报与其选择的着陆点息息相关。建议在着陆点选择中，重点考虑本报告提出的科学优先事项。  （韩淋）