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國際空間站真正退役後,美國在地球軌道不會繼續建造國際合作的空間站,而把開發商業空間站的任務,交給私營航天公司。2018年2月13日,美國宇航局(NASA)公佈的2019年預算草案表示,美國於2022年將開始建造月球軌道空間站(月球軌道平台門户Lunar Orbital Platform-Gateway)。在月球軌道上建造一個空間基礎設施,以便對人類最近的鄰居進行長期研究。2022年後,美國航空航天局將向月球軌道上發射動力和推進裝置,這將成為月球軌道空間站的基礎。目前,原來參加國際空間站的國家和組織,除俄羅斯外,都將參加這項計劃。該空間站將使用比國際空間站更為先進的技術,比如使用閉環生命保障繫系和電推進技術。這些新技術將使月球軌道空間站成為人類首個星際中轉站。NASA也將該空間站視作載人火星任務的“試驗場”。
這個國際月球軌道空間站將由模塊化組件搭建,由運力堪比土星五號的美國宇航局的航天運載系統(SLS)火箭運抵月球附近,而航天員則乘坐獵户座飛船在地球與該空間站之間穿梭,獵户座飛船也將使用SLS火箭發射。在進入月球轉移軌道後,獵户座飛船乘員艙將先與SLS火箭末極分離並轉向,與還在SLS火箭上的附加艙段對接,這與1960年代阿波羅飛船指令艙對接登月艙的方式非常類似。但是,與阿波羅登月艙登陸月球表面不同,每次獵户座發射任務都會攜帶一個附加艙段抵達月球附近。這些艙段最終會在月球軌道上對接,組合成一座航天員的長期住所。其他國家也可以發射自己的組件參與組合,如同今天地球軌道上的國際空間站。
與自 2000 年以來一直有航天員的國際空間站不同,月球軌道空間站不會有航天員一直值守。相反,航天員每次只會在月球空間站停留大約 30 到 90 天。其他時間月球空間站將自動運行。這種情況在很大程度上是因為,與國際空間站相比,將航天員送入繞月軌道成本太高。這可能會讓月球空間站在大部分時間裏無人值守。月球軌道空間站的主要功能之一是充當探測器和航天員往返月面的中轉站。NASA 設想在月面沙克爾頓環形山建立一個月球基地。沙克爾頓環形山是月球表面富含水冰的區域。NASA 認為,這一月面基地最終將需要水、廢物處理、着陸器、通信和輻射屏蔽等物資。月球軌道空間站也有可能有遠程遙控月球探測機器人。航天員可以遠程遙控月球車或飛行器,來探測隕石坑或建造用於望遠鏡觀測的無線電天線。畢竟在地球上發出指令和在月球近地球側表面接收指令之間,有兩秒的時間的延遲。
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