觀察|嫦娥四號成功登月,美俄印日韓探月進展又如何?(下)

2020-12-04 澎湃新聞

美俄雖然是探月技術儲備和實力最強的兩個國家,但受制於國內政策、資金等方面的影響,在第二輪探月熱潮上並非走在最前列,反而作為後來者的中國、日本、印度等國在某些領域領先於美俄兩國,比如中國嫦娥四號在月球背面軟著陸。除了中國,印度和日本也有可能在此輪熱潮中領先於美俄兩國進行月球軟著陸探測。

印度:雄心勃勃但三度推遲

在中國「嫦娥四號」成功著陸月球背面的當天,印度空間研究組織宣布再次推遲該國月船-2號探月計劃,這已是該項目發布以來第三次推遲,前兩次推遲分別在2016年12月和2018年10月,而關於推遲的原因印度方面並沒有說明。

印度於2008年10月首次執行月球探測任務,其使用的月船-1號搭載了來自六個國家的11個載荷,其中美國宇航局的載荷首次發現月球上有水的存在。2009年8月29日,月船-1號出現故障,通訊全部中斷,隨後當局表示決定放棄該衛星。項目負責人當時稱,月船-1號已經完成了絕大部分的任務,此時月船-1號繞月3400圈。與當年一同發射的日本月亮女神-1號和嫦娥一號相比,月船-1號尺寸更小,造價更低(月船-1號耗資8300萬美元,月亮女神-1號耗資約4億美元,嫦娥一號耗資約2.14億美元),取得的探測成果卻並不遜色,有些方面甚至超出,比如其投放的月球撞擊裝置通過撞擊月球表面土壤,獲得了礦物質和水的科學數據。

月船-1號探測器。

月船-1號獲得成功後,印度空間研究組織開始集中精力研製月船-2號月球探測器。這個重達3890千克探測器集成了一個軌道飛行器、著陸器和月球車。著陸器被命名為「維克拉姆」,以表示對印度空間計劃的先驅、印度空間研究組織創立者維克拉姆的紀念。

按計劃,該探測器在進入月球軌道後首先將對月球外大氣層、表面地形和土壤礦物元素進行遠程分析,在其軟著陸後將對月球表面的土壤進行取樣研究並把樣本數據傳回地球。據悉,該探測器將使用一些印度國產的探測設備,但會尋求美國的技術幫助。如果著陸器能成功在月球表面進行軟著陸,那麼印度可能將成為繼蘇聯、美國和中國之後第四個掌握這一技術的國家。

起初,印度決定與俄羅斯聯合研製月船-2號。2007年,印度與俄羅斯開始合作研製月船-2號,印度負責軌道器和巡視器,而俄羅斯負責著陸器。但在2011年俄羅斯發射福布斯-土壤火星探測器失敗後,俄羅斯通知印度無法在2015年提供著陸器,之後,印度放棄與俄羅斯聯合研製的計劃,開始獨立研製該探測器。

月船-2號設計比較有特點,集軌道器、著陸器、巡視器於一身。

月船-2號集軌道器、著陸器、巡視器於一身,這種結合設計在其他航天大國的無人機月球探測器上從未出現過,技術更加複雜,這也導致月船-2號發射時間一推再推。

如果說一再推遲發射時間的月船-2號讓印度空間研究組織「臉上無光」的話,用於發射月船-2號探測器的火箭的穩步發展可以說一點安慰。2017年6月5日,印度使用GSLV- MK III火箭將一顆通信衛星送入預定軌道。這是印度航天夢寐以求的「大火箭」首次進行軌道發射,其發射成功將讓印度航天運載能力上到一個新的臺階。GSLV- MK III火箭也是印度用於發射月船-2號的唯一可用的火箭。

GSLV- MK III火箭高43.43米,芯級直徑4米,整流罩直徑5米,採用液體芯一級加大推力固體助推器,再外加氫氧上面級的構型設計,總體構型類似美國的大力神-IIIE火箭。火箭的近地軌道運載能力為8噸,地球同步轉移軌道運載能力為4噸,可以滿足發射月船-2號的需求。

日本:先聲奪人

1990年1月,日本成功向月球軌道發射了飛天號探月衛星,成為繼美蘇之後第三個向月球發射探測器的國家。雖然飛天號衛星進入月球軌道,並展開了一些探測,但由於衛星故障,首次探月行動沒有取得圓滿成功。1991年,日本又啟動了月球A計劃,主要目標是在1995年發射月球探測器——月球A。由於在研究過程中缺乏統籌安排,同時又太過急於求成,計劃最終中止。

2007年9月14日,日本成功發射月亮女神號月球探測器,先於中國的嫦娥一號和印度的月船一號升空,拉開了日本進行真正意義月球探測的序幕。2009年6月,月亮女神號在完成了調查任務後撞向月球表面,完成最終使命。月亮女神號搭載了X射線譜儀、伽馬射線譜儀和測月雷達等15種載荷。其主要科學目標有三個:一是探索月球和地球的起源,研究月球形成和演化的過程;二是觀測月球的空間環境;三是利用月球觀測外太空。2009年6月11日,月亮女神號探測器受控落月。在近兩年的時間裡,月亮女神號搭載的15種載荷對月球進行了廣泛的探測,獲得了大量有價值數據,比如繪製了月球地形和地底構造分布圖,同時還對月球磁場和粒子環境進行了探測。這些探測成果為日本未來探月計劃的展開奠定了基礎,也展現了日本深空探測的能力。

日本將在2019下半年發射首個軟著陸月球探測器SLIM。

作為月亮女神的後續的月球探測計劃,日本原計劃在2015年、2025年分別發射月亮女神2號和月亮女神3號。但由於經費、技術等方面因素的影響,後續探測器發射時間推遲。至今,日本官方還未公布月亮女神2號、月亮女神3號研製進展情況,但日本宇宙航空研究所(JAXA)曾在2017年發布消息稱,日本將在2019下半年發射首個軟著陸月球探測器SLIM。

SLIM月球探測器沒有攜帶巡視器,登陸器利用火箭發動機完成軟著陸探測。據悉,目前,日本完成了用於月球軟著陸相關技術,可在軟著陸過程中對月球的地形進行自動識別,規避山丘或月坑,並且可以控制登陸點誤差。根據計劃,日本在完成軟著陸後,還將繼續推進月球探測任務,其中一個重要的計劃就是將月球土壤帶回地球,這將成為繼隼鳥號探測器後,日本再次從另一個地外天體上採集物質帶回地球。

據日本媒體報導,SLIM月球探測器將由「艾普斯龍」小型運載火箭從鹿兒島衛星發射中心發射升空。包括發射費用在內的研發費用預計為100億至150億日元(約合人民幣5億元-7.5億元)。 「艾普斯龍」近地軌道最大運載能力為1.2噸,這意味著SLIM月球探測器重量低於中國嫦娥三號、印度月船2號和俄羅斯月球-25號,其載荷可能也比較少。目前,日本已經試驗了巡視器,因此,未來軟著陸探測器的重量可能會增加,以搭載巡視器,這樣才能滿足擴大軟著陸的探測成果的需求。

從日本探月工程來看,其類似於中國的「嫦娥」探月工程的「三步走」計劃,即「繞、落、回」,月亮女神號的成功完成了「三步走」中的第一步——「繞」,月亮女神2號和SLIM則是實現第二步——「落」。日本探月的遠期計劃是建造月球基地。早在2005年1月,日本宇宙研究開發署就公布了其未來20年的太空開發遠景規劃草案,主要規劃就是建立月球基地,並且通過國際合作開展載人航天活動以及建設作為小行星探測的中轉站等。

H-2B運載火箭最大運載能力約19噸,可以發射重量較大的月球探測器。

目前,日本宇宙航空研究所正在研究可就地取材進行基地建造的無人機器人,利用月球上的材料建造基地。由此看出,日本的月球探測任務與其他國家的最大不同點在於,日本宇宙航空研究所將以機器人為先鋒,先替代航天員首先登陸月球。眾所周知,日本機器人技術一直走在世界先進前列,而機器人登月的最大好處就是即使登月失敗,也不會造成人員傷亡。並且機器人可以太空強輻射、失重、晝夜溫差大的太空環境下長時間作業。因此,機器人可以在建造基地、觀測宇宙、開採月球礦產等任務大有用處。

月球探測計劃是日本深空探測計劃的一部分。近年來,日本在深空探測領域取得了長足的進步,先後展開了哈雷彗星號彗星探測、飛天號和月亮女神號月球探測、希望號火星探測、佛曉號金星探測和隼鳥號小行星探測,取得了大量的探測成果。雖然中國「嫦娥」探測工程目前取得了令世人矚目的成績,但在深空探測領域的廣度上還無法與日本相提並論,仍要保持「既不妄尊自大,也不妄自菲薄」的心態,踏踏實實地推進各項深空探測計劃。

韓國:藉助外力

2017年12月,韓國航空航天研究院(KARI)宣布,計劃在2020年採用美國SpaceX公司的獵鷹9火箭運載火箭發射韓國首個試驗型月球探測器——探路者號(KPLO)。該探測器重550千克,配備了高清月球相機、伽馬射線儀等自主研製的儀器,整個項目預計耗資10.57億人民幣。該探測器實質上是一顆繞月探測的衛星,角色類似於中國的嫦娥一號、日本月亮女神號等,目的通過軌道探測加深對月球的認識。但該探測器尺寸比較小,預計載荷比上述探測器少。

探路者號探測器發射成功後,韓國將發射真正意義上的月球探測器KLEP,該探測器還可能搭載一個小型著陸器,一次性完成「繞、落」的目標。

韓國探路者號(KPLO)月球探測器設想圖。

韓國前總統樸槿惠在2012年競選總統時曾表示,韓國要加快腳步和平利用太空,「要讓太極旗2020年在月球上飄揚」。後來就有了2016年提出的韓國月球探測計劃。韓國從2016年發起月球探索項目,當時計劃在2017年發射首顆月球探測器,2020年發射無人月球著陸器。

韓國雖然目前已經躋身具備獨立發射衛星的國家俱樂部,但韓國航天技術儲備和水平都無法支撐其探月或登月的勃勃雄心。以運載火箭為例,KSLV-2火箭還未成熟,KSLV-1羅老號火箭運載能力只有100多千克。去年11月27日KSLV-2火箭試驗型號發射成功。該火箭與兩級火箭「羅老」號(KSLV-1)不同,其採用三級構型。KSLV-2火箭長46.5米,重達200噸,與「羅老」號(長33米、重142噸)相比更長、更重。一級火箭的推力將達到300噸,遠遠大於「羅老」號。KSLV-2火箭最大運載能力達到1.5噸,遠超「羅老」號火箭100多千克的運載能力 ,成熟後韓國未來一些小衛星可由本國火箭發射升空,一定程度上擺脫對國外火箭的依賴。

韓國未來還計劃發射軟著陸月球探測器。

目前,韓國未來主要可以依靠美國SpaceX公司和美國宇航局,SpaceX公司提供發射服務,美國宇航局提供測控、運行等服務。SpaceX公司目前正在使用的獵鷹9火箭可以滿足韓國發射比中國嫦娥三號大一些的軟著陸探測器,而2018年首飛的重型獵鷹低軌道運載能力是獵鷹9火箭的4倍左右(53噸),可以滿足韓國發射重量更大著陸器。

韓國探月計劃在樸槿惠政府時期提出,提出之時就遭遇國內不少懷疑,樸槿惠又已鋃鐺入獄,因此,韓國探月計劃未來如何展開,需要進一步觀察。

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