日本能小行星採樣,卻不能登陸月球?核心技術十七年無法超越中國

2021-01-09 星辰大海路上的種花家

2020年12月6日凌晨3點，隼鳥二號回收艙降落在澳大利亞南部沙漠地區！2020年的首場採樣返回大戲落幕，和中國從月球上採樣返回不一樣，隼鳥二號是從數億千米外的龍宮小行星採樣返回的！

為什麼近在38萬千米外的月球不去，卻要跑到數億千米外小行星採樣，日本的技術真的比中國好嗎！

小行星採樣到底有多難？

日本的在隼鳥二號之前已經執行過一次小行星採樣，那次採樣目標是「絲川」小行星，歷經7年時間，從小行星取回了大約1500粒「絲川」小行星塵埃！儘管只有微顆粒，但總算辛苦沒有白費，JAXA還是拿出了不少論文，至少小行星採樣過程還是從頭到尾練習了一遍！

隼鳥一號返回

而隼鳥二號其實和一號沒什麼直接關係，但同樣也是小行星採樣，這次目標是小行星「龍宮」，由於隼鳥號的經驗，這次就順利多了，無論是離子發動機，還是採樣結構等都得到了很大的改善，花了6年時間，終於從「龍宮」小行星採樣帶回了5.4克樣品！

日本兩次都成功，小行星採樣很容易嗎？

中肯一點評價，小行星採樣還是很難的，我們可以從多個角度來簡單評價下小行星採樣的難度，首先則是從小行星距離和軌道方面來考慮。

絲川小行星的軌道

絲川小行星是一顆阿波羅型小行星，這種小行星的特點是會穿越地球軌道，它們在未來某個時候有和地球相撞的風險，當然這個未來可能很遙遠，研究它們的由來有很多意義，比如這些小行星和地球相撞的可能，對太陽系起源的追溯等等！

龍宮小行星和絲川小行星同樣屬於穿越地球軌道的近地阿波羅型小行星，不過和黃道面有比較大的傾角為5.88°（絲川小行星為1.622°）。

由於這兩顆小行星都是近日點穿越地球軌道，遠日點大約在1.189AU（龍宮）、1.695AU（絲川小行星），因此發射到這個軌道的探測器需要比較大的能量，並且任務執行期會很長，因為它需要在環繞太陽的過程中變軌並且追上這顆小行星，然後伴飛、探測、研究與著陸取樣等，由於公轉過程中距離遙遠，因此難度確實不小！

龍宮小行星和隼鳥二號探測器

從測控角度考慮：首先需要全球測控，不過JAXA可以和NASA深空測控網合作，並且對探測器的甚長基線定位也可以利用NASA的射電望遠鏡，不過日本有自己的甚長基線定位網絡，但技術上還是有難度，至少甚長基線幹涉幾乎還是要過關的！

從登陸技術考慮：小行星由於質量很小，因此靠近時稍稍做個制動與減速即可，從發動技術來說不需要單獨設計獨立的減速登陸發動機，也不存在著陸器和上升器的差別，整個探測器靠過去採樣然後返回，當然實際沒有筆者說的那麼容易，由於路途遙遠，控制難度還是極高的。

從採樣技術考慮：隼鳥二號的採樣分個步驟，首先會發射一枚鉭質彈丸，攪動小行星表面物質，這些物質會進入採樣杆頂部的採集容器中。整個採樣過程只持續一秒左右，類似於蜻蜓點水，採樣完成後姿控發動機會立即點火將隼鳥二號推離龍宮小行星。

從回程技術考慮：隼鳥二號的返回艙也是一第二宇宙速度返回，不過它是彈道返回，這個小臉盆大小的返回艙，很難進行水漂彈道操作，不過能安全返回，也是相當不錯的技術。

日本月球採樣的難言之隱：核心技術無法超越

從這些角度看，日本的小行星探測技術起點是相當高的，但看到這裡的讀者們肯定會有一個疑問，為什麼日本放著38.4萬千米外的月球不管，跑到數億千米外的小行星採樣，真的是顯擺技術嗎？

飛天羽衣號

其實還真不是這樣，JAXA有一個難言之隱，我們來簡單回顧下日本的探月曆程，1990年日本就發射了第一顆月球環繞探測器，這是繼蘇聯和美國之後全球第三個向月球發射探測器的國家！

此後一直到2007年9月14日發射了月亮女神號月球探測器，比中國嫦娥計劃的第一顆環月探測衛星嫦娥一號的10月24日早了一個多月，但此後日本除這兩個探測器外再無訪問月球的探測器！

反觀中國，在嫦娥一號後，2010年10月1日發射了嫦娥二號、2013年12月2日發射的嫦娥三號在虹灣登陸成功，2014年10月24日嫦娥五號T1飛行器以水漂彈道從月球軌道返回成功在內蒙古成功著陸，2018年12月7日發射的嫦娥四號在月球南極艾肯特盆地馮卡門撞擊坑著陸成功，2020年11月23日發射的嫦娥五號在月球風暴洋北部的呂姆克火山附近採樣並成功返回地球！

其實日本曾經是有月球登陸計劃的，1991年日本啟動「月球-A計劃」，目標是在1995年發射探測器，該探測器計劃攜帶兩個穿透式著陸器，在著陸過程中將其射出，用於探測月球內部的構造，但有一個技術日本一直無法突破，就是月球表面的著陸技術！

各位應該記得中國當年突破7500牛頓的可變推力著陸發動機技術的大新聞，這種發動機是在月球登陸的必備技術，最早出現在阿波羅登月計劃中，在飛船和探測器接近月面過程中無級調節推力，最終穩穩落月，發動機技術非常關鍵！

嫦娥四號可變推力發動機月面著陸示意圖

中國在2005年7月，可變推力發動機試車成功，2008年嫦娥計劃的7500牛頓可變推力發動機開始研製，到2013年嫦娥三號成功著陸虹灣，此後四號和五號連續成功，經受住了嚴格的實戰考驗！中國的可變推力發動機其推力變比為6.87比1，能在1200N至7500N之間進行推力無級調節！

當然月面登陸不只是發動機，還有地形匹配導航以及障礙物自動識別與落月等，還有地球返回技術，但在這些技術中，月面著陸和地球返回兩項技術是最難的，其中水漂彈道返回技術可以讓返回艙在抗燒蝕上減重不少，這也是嫦娥五號無人探測器帶回樣品達到1731克的原因，並且這還只是開胃菜，相信下次的採樣量會更大！

所以現在的日本在深空探測上，哪都敢去，但無法執行月球和行星著陸探測，因為跟中美俄相比，還是具有數量級的差別！

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