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据介绍，“阿耳忒弥斯3号”任务计划持续14天，将使用3枚不同的运载火箭，分别将蓝色起源公司研发的“蓝月Mark 2”号月球着陆器测试版、“猎户座”载人飞船和“星舰”测试飞行器送入太空。任务旨在验证不同航天器在轨协同工作的能力，演练交会、对接、舱内操作等关键程序，降低未来载人登月的风险。
按计划，“蓝月Mark 2”号着陆器测试版将率先发射，进入近地轨道并在轨检查。在确认其状态良好、具备联合运行条件后，美航空航天局将在数天内使用新一代登月火箭“太空发射系统”发射搭载4名宇航员的“猎户座”飞船。飞船入轨后将调整轨道，与等待中的“蓝月”对接。宇航员计划进入“蓝月Mark 2”号停留约2天，评估舱内环境、控制装置以及生命保障系统等。任务团队将验证该着陆器维持适宜大气环境和气压的能力。
完成相关测试后，“猎户座”飞船将与“蓝月Mark 2”号分离。太空探索技术公司计划从佛罗里达州发射“星舰”V3测试飞行器，随后“猎户座”将与其交会对接，测试时间最长约2小时，宇航员不会进入“星舰”。这一阶段主要验证航天器对接后的协同运行能力，评估飞行器可控性、通信能力、软件协同及对接和分离操作。
美航空航天局表示，任务期间还将测试宇航员的宇航服、对接传感器等设备，评估飞船热环境，并进行宇航员健康评估、细胞生物学实验以及地球和太阳观测等活动，还将测试把月球样本带回地球的相关方案。任务结束后，“猎户座”飞船将搭载宇航员返回地球，在加利福尼亚州附近海域溅落。
今年2月，美航空航天局宣布调整“阿耳忒弥斯”登月计划架构，将“阿耳忒弥斯3号”任务改为在近地轨道进行系统及运行能力测试，将原计划于2027年实施的首次载人登月任务调整为“阿耳忒弥斯4号”，推迟至2028年实施。
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