在四名太空人安全返回地球之際，任務執行過程中暴露的兩項技術問題引發外界關注：服務艙的氦氣洩漏，以及飛船底部存在已知缺陷的隔熱罩。這兩大挑戰貫穿於返程準備與實際重返大氣層階段。
據科技媒體Ars Technica報道，阿提米絲2號任務飛行主任傑夫．拉迪根證實，飛船服務艙的推進系統存在氦氣洩漏問題。洩漏點位於服務艙內的氧化劑壓力供應閥門，但並未洩漏至太空環境中。
值得注意的是，實際飛行中觀測到的洩漏率比地面測試數據高出一個數量級。然而NASA官員強調，這一數值仍在可接受的工程參數範圍內，不會威脅返回任務的安全。
獵戶座飛船利用氦氣將推進劑壓送至發動機。截至返程前，本次任務已消耗約40%的燃料，推進系統整體運行正常。NASA副局長阿米特．克沙特里亞透露，工程師在阿提米絲1號無人任務中就曾觀察到類似的洩漏現象。
服務艙在重返大氣層前約20分鐘被拋棄，隨後在大氣層中燒毀，因此工程師無法回收檢查閥門硬件。克沙特里亞明確表示，雖然本次問題對2027年的阿提米絲3號任務影響較小，但計劃於2028年登月的阿提米絲4號任務必須更換新型氦氣閥門。
與氦氣洩漏相比，隔熱罩問題引發了更為嚴重的擔憂。據《紐約時報》報道，阿提米絲2號所使用的隔熱罩存在已知缺陷，而這層防護是太空人重返大氣層時抵禦極端高溫的唯一屏障。
隔熱罩位於飛船底部，由一種名為Avcoat的材料製成，原理是通過碳化與燒蝕帶走熱量。在2022年的阿提米絲1號無人任務中，飛船雖成功返回，但回收後發現隔熱罩布滿坑洞，並出現較大塊材料缺失。調查結論顯示，氣體在隔熱罩內部積聚產生壓力，導致材料突然脫落，而非按設計預期平穩燒蝕。
對於阿提米絲2號，更換隔熱罩或飛船將導致發射進一步推遲，因此NASA決定繼續使用已完成製造的原始配方隔熱罩。工程師採取折衷方案：採用更陡峭、更短的重返軌跡，以最大限度縮短飛船承受高溫的時間。