今日,日本隼鳥2號小行星探測器成功返回地球,而我國的嫦娥五號月球探測器也已經完成月球採樣任務,即將返回地球。一時間,網絡上關於「日本隼鳥號探測器和我國嫦娥五號探測器誰的技術含量更高」的討論格外熱烈。很多人說日本隼鳥號探測器飛行距離比地月距離遠得多,認為日本隼鳥號探測器技術含量更高。實際上這個說法是完全是不經過思考的瞎吹!
長徵5號運載火箭發射嫦娥五號月球探測器現場照片
一、隼鳥2號小行星探測器。
日本隼鳥2號小行星探測器
隼鳥2號的重量為609公斤,安裝了四臺遙感成像儀器。其中,光學導航相機(ONC)與我們一般概念中的攝像機的工作原理基本相似,在隼鳥2號飛行和著陸的過程中承擔探測器「眼睛」的任務,用所拍攝的圖像為飛船導航。而近紅外光譜儀、熱紅外成像儀等科學儀器,則可以利用肉眼無法識別的紅外信號,對龍宮小行星表面的物質成分和溫度進行探測。此外,還有一臺光學雷達,可以向小行星表面發射雷射,通過測量雷射反射回探測器所需的時間獲取小行星的地形地貌數據。
隼鳥2號上攜帶的小行星巡視器並沒有安裝輪子,而是採用「跳躍」的方式運動,動力來自於其內部的飛輪產生的力矩,通過改變力矩的方向和大小可以控制跳躍的速度和方向。
值得一提的是隼鳥2號的登陸器是法德提供的,離子推進器則是美國提供的。實際上這臺小行星探測器並不是真正的日本國產探測器。
隼鳥2號探測目標簡要介紹:
釋放2個著陸器到直徑約900米的「龍宮」小行星表面上,並通過金屬彈丸轟擊小行星,並趁機收集轟擊濺射的微量小行星物質,再返回地球做進一步研究。本身引力極小,電推發動機都足以擺脫它的引力束縛。
1、深空測控、通訊技術,難度極大。
2、採樣封存技術,難度很小。
3、再入大氣層技術,難度較大。
點評:隼鳥2號最大的技術難點在於深空測控、通訊技術。如何實現超過3億公裡以上超遠距離的精準測控、通訊是隼鳥2號本次探測任務的最大難點。
由於「龍宮」小行星實在是太小了,它表面的引力幾乎可以忽略不計,著陸、起飛相當於在太空中和某個衛星對接、分離,可以理解為是發射一個太空飛行器去和另一個在太陽軌道的"太空飛行器"對接。
隼鳥2號探測器返回艙回收作業現場照片
至於長期20Km距離伴飛的小行星、兩次自主下降、懸停、調整姿態、觸地著陸採樣、釋放兩個巡視器和1個著陸器、轟擊小行星表面、濺射物質取樣等步驟均屬可以納入深空測控、通訊技術範疇。試想一下,如果沒有精準的測控、通訊技術,連隼鳥2號探測器飛到哪裡都不知道,更不用說和小行星的精確距離。
不誇張的說,實現這個功能對深空、測控技術的要求堪稱史無前例,難度極高!
二、嫦娥五號月球探測器。
嫦娥五號探測器總重8.2噸,由軌道器、返回器、著陸器、上升器四部分組成。後續在經歷地月轉移、近月制動、環月飛行後,著陸器和上升器組合體將與軌道器和返回器組合體分離,軌道器攜帶返回器留軌運行,著陸器承載上升器擇機實施月球正面預選區域軟著陸,按計劃開展月面自動採樣等後續工作。
嫦娥五號探測目標簡要介紹:
在月球表面實現軟著陸,通過無人採樣機構鑽取月球表面2米深的月巖或月壤以及抓取月球表面土壤,封裝後通過上升器上升至月球軌道和軌道器交會對接,將返回艙轉移到軌道器,再攜帶樣品返回地球做進一步研究。
月球是一顆直徑為3476.28千米的地球衛星,表面引力為地球表面引力的六分之一左右,最低環月速度為1.68Km/s,地月軌道最低轉移速度為1.8Km/s。
1、深空測控、通訊技術,難度中等。
2、月球表面軟著陸技術,難度極大。
3、無人取樣、封裝技術,難度較大。
4、太空交匯對接技術,難度很大。
5、無依託火箭發射技術,難度較大。
6、太空交會對接技術,難度很大。
7、再入大氣層技術,難度較大。
點評:嫦娥五號由四個部分組成,每個部分都是一個複雜的系統工程,每個部分都要進行複雜的自動化操控,這就要求每個部分都必須攜帶大量用於姿態調整的不同推力等級發動機,並且每臺發動機都必須能做到精準調控控制。
據報導,嫦娥五號月球探測器總計攜帶
77臺不同型號的發動機!數量之多簡直令人咋舌!可見嫦娥五號月球探測器有多麼複雜!
據統計,在美、蘇合計25次成功進入環月飛行的軟著陸探測器中,有7次著陸失敗。
其中蘇聯共嘗試軟著陸12次,失敗5次。美國共嘗試軟著陸13次,失敗2次。如果排除有人操縱的阿波羅飛船,美國共嘗試「勘探者」無人探測器著陸7次,失敗2次。
總體來說,美蘇合計的無人探測器軟著陸成功率只有63.5%。只有我國三次軟著陸均成功,說明我國的行星表面軟著陸技術已經很成熟。但這項技術並不簡單,對其他國家來說,月球表面軟著陸仍然是一項難度很大的技術。
據報導,2019年4月和9月,以色列和印度兩個國家曾分別往月球發射過著陸探測器,最終都因為探測器的姿態控制失衡導致任務失敗。
至於太空交匯對接技術,目前僅有美、俄、中三個國家掌握這項高難度技術。由此可見,這項技術難度有多大。無依託火箭發射技術同樣是一項技術難度很大的技術,有興趣各位可以自行了解。
嫦娥五號月球探測器無人取樣返回全過程示意圖
當年美國的阿波羅登月飛船一樣是由軌道器、返回器、著陸器、上升器四部分組成的,只是缺少嫦娥五號的2套無人取樣機構、1套封裝機構、1套轉移機構,技術複雜度更低。
實際上,如果將嫦娥五號放大,將返回艙換成載人返回艙,這就是一個完整的中國版「阿波羅」登月飛船。雖然現階段我國缺少土星五號這種級別的重型運載火箭,無法一次性發射載人登月飛船,但若真的有必要,我國可以採取多次發射,利用太空交匯對接技術組成一個完整的載人登月飛船。
因此,理論上來說,嫦娥五號探測任務成功以後就標誌著我國已經具備載人登月的各項技術能力!
日本隼鳥2號小行星探測器從技術複雜度來說,遠遠不如我國發射的嫦娥五號月球探測器。值得肯定的是,隼鳥2號小行星探測器所需的深空測控、通訊技術難度堪稱史無前例,技術含金量很高。然而這項技術並非日本自己研發的,而是依靠美國的。當然,此次任務也體現了日本自動化控制技術具有很高的水平。
我國的嫦娥五號月球探測器,所有關鍵技術均為自主研製。雖然本次任務所需的深空測控、通訊技術難度遠不如日本隼鳥2號小行星探測器,但全套測控、通訊系統均為自主研製。此外,我國已經發射了火星探測器,這就意味著我國已經具備3億公裡以上的深空測控、通訊技術。整體深空測控、通訊技術和美國即使有差距,也不會有非常大的差距。
最後,預祝我國嫦娥五號返回艙成功在內蒙古預定地點著陸!預祝我國的「天問一號」火星探測器任務取得圓滿成功!