随着法国参加阿尔忒弥斯协定,这个由NASA主导的月球探测筹划的成员国数目已经增长至20个,固然此中不乏巴林、阿联酋等小国,但是它表明一个排挤我们的月球版国际空间站正在造就发展之中。
法国航天局负责人菲利普·巴蒂斯特(左)与美国NASA负责人比尔·纳尔逊(右)签署阿尔忒弥斯协定。
阿尔忒弥斯筹划是美国主导的多国参与的月球探测项目,筹划摆设月球轨道空间站以及大量的月面设施,目标是实现大规模的月球探测与开发。
这项筹划乍一看上去是科学探测任务,但是此中夹带的私货也不少,比如阿尔忒弥斯协定允许各国在月球基地摆设排他性防御装备,而最具能力摆设这些装备的国家是谁?显然只有美国一家,这就是21世纪的月球版“赛马圈地”。
阿尔忒弥斯协定允许其成员国在月球摆设“防御性”装备
除了阿尔忒弥斯筹划对我们的排挤,在本年第11届国际空间站研究与发展研讨会上,美国代表再次指出,必须警惕中国航天的发展壮大。
发射嫦娥五号月球采样返回探测器的“长征五号遥五火箭”
种种毕竟表明,新世纪的太空竞争已经不可制止。
就在本年年初,先后有6家探测器定下了登岸月球的目标,此中近半数都将服务阿尔忒弥斯筹划,此时现在本年已经过半,这6家探测器的任务进展怎样?我们又将对群雄逐鹿的月球作何反应?本文将全面系统、深入浅出地探讨这两个问题。
筹划本年登岸月球的6家探测器分别是:
游隼任务一(美国)、直觉呆板任务一(美国)、白兔R任务一(日本)、探月智能着陆器SLIM(日本)、月船三号(印度)、月球-25号(俄罗斯)。
游隼任务一(美国)
游隼着陆器由“宇宙呆板人公司”负责研制,该着陆器承接了NASA商业月球有效载荷服务筹划的第一份商业运输合同,总价值0.795亿美元。
“游隼任务一”是该公司内部任务编号,在NASA商业月球有效载荷服务筹划框架内的任务编号则是“CLPS-1”。
游隼着陆器
游隼着陆器高1.9米,宽2.5米,发射质量1.285吨(包含0.45吨推进剂),初次任务搭载包罗月球表面光伏研究、线性能量转移光谱仪、近红外挥发性光谱仪、质谱仪等装备在内的14台有效载荷,有效载荷总重90公斤,着陆降落发动机是5台ISE-100发动机,单台推力660N左右,总推力3300N,推力约莫相称于嫦娥系列着陆器利用的7500N变推力发动机的一半,该型发动机是导弹防御筹划的技能遗产之一。
游隼着陆器利用的ISE-100型660N降落发动机
游隼着陆器无定点着陆能力,着陆偏差24公里×6公里,具备探求安全着陆点能力,以此确保安全着陆。着陆后该着陆器及其搭载的有效载荷并不能像嫦娥系列着陆器那样超长待机,只能在月面生存不凌驾14天,由于它没有设置雷同同位素核热源的辅助热控装备。
游隼着陆器结构测试
游隼任务一的特点是搭载有效载荷数目多,此中包罗多部小型月面巡视器,比如卡内基·梅隆大学的小型四轮月球车、智利AngelicvM公司研制的小型四轮月球车、日本Dymon公司的妖姬号两轮月球车,上述月球车均为小型或微型巡视器,不但越障能力有限,可持续工作的时间也非常有限,这些月球车有的是为了突破有无,有的是为了验证新技能,总而言之游隼任务一为这些想要进军月球的国家提供了机会。
游隼着陆器搭载的小型月球车
游隼任务一的着陆点在月球正面东北方向的死湖,这里是一块六角形玄武熔岩平原,直径约159公里,平原中央点偏右的位置是比格环形山。
游隼任务一预选着陆区:月球正面死湖(画面中间的大片开阔平原)
选择此处着陆有着工程与科学价值的双重考量,起首这里有大片开阔平原,为不具有定点着陆能力的游隼着陆器提供了相对安全的着陆区,降低了登月任务的难度。科学价值方面,人类此前探测器均未到访此地,存在大量未知,有待实地考察。
火神-半人马座火箭首飞载荷便是“游隼着陆器”
游隼任务一原筹划客岁发射,但由于火神半人马座火箭首飞推迟,导致任务进度不得不放缓,现在最新筹划是本年12月发射,但是鉴于火神半人马座火箭的不确定性,再次推迟至2023年发射也将是大概率事故。
直觉呆板任务一(美国)
直觉呆板公司于三年前受领了NASA商业月球载荷服务筹划的第二份合同,任务编号“CLPS-2”,将利用新星-C着陆器承运多个有效载荷至月球正面。
新星-C着陆器结果图
新星-C着陆器主体外观呈六棱柱立方体,长3米,宽2米,发射质量1.9吨,携带包罗激光后向反射器阵列、用于月球羽流表面研究的立体相机等装备在内的9台有效载荷,此次任务有效载荷总重约100公斤,反推发动机是一台4000N变推力发动机,推进剂是液氧甲烷。
新星-C着陆器底部是1台4000N变推力发动机
直觉呆板任务一预选着陆区在月球正面北半球的澄海与危海之间,预选着陆区直径约200米,相较于游隼任务一的24公里×6公里的预选着陆区范围要小得多,由于新星-C着陆器将采用地形相对导航方案进行登月,在着陆过程中及时获取月面图像,并与着陆器存储的月面图像进行快速比对,以此获得更为准确的导航参数,修正着陆弹道,进而获得更高的着陆精度,此项能力被称为“定点落月”。
直觉呆板任务一预选着陆区(月球正面澄海与危海之间)
值得一提的是,新星-C着陆器将借鉴嫦娥四号着陆器应用的基于呆板视觉理念的登月方案,设置有导航用多普勒激光雷达,该雷达是一个三光束光学头,可提供着陆器在降落过程中准确的速度和距离信息,同时也可在着陆末段快速扫描着陆区并选择安全着陆点,此种装置与嫦娥三号、嫦娥四号利用的“激光三维成像雷达”几乎如出一辙。
新星-C着陆器将采用几乎与嫦娥系列着陆器一样的精避障技能
新星-C着陆器还有一个功能特点就是具备“重定位功能”,意思是降落至月面后还可以再次起飞至第二个着陆点,从而使得着陆用具备了月面移动能力,这是人类此前各型登月着陆器所不具备的。此项功能可为该公司在后续登月任务中摆设“Micro-Nova 微型新星探测器”进行先期技能验证。
Micro-Nova 微型新星探测器
“Micro-Nova 微型新星探测器”与我国嫦娥七号搭载的“飞跃探测器”功能定位同等,它们都将具备月面反复起飞与反复着陆功能,所不同的是,嫦娥七号的飞越探测器甚至可能拓展基于着陆腿差动运行实现月面爬行转移。
嫦娥七号的飞跃探测器
新星-C着陆器在距离月球表面约30米高度时将释放一台分离相机,这台相机被命名为“鹰眼”,它将为人类初次提供第三人称视角观看着陆器登月画面,该相机主要任务是观察在着陆降落发动机羽流吹拂下的月尘画面,并以此获得新的科学发现。
新星-C降落末段将释放“鹰眼相机”
按照筹划,直觉呆板任务一将于本年12月22日,由猎鹰9号火箭在卡纳维拉尔角发射升空,器箭分离后探测器将进入到一条近所在185公里、远所在6万公里的大椭圆轨道,之后由探测器自主进行跨月注射,也就是说在此次发射任务中该探测器并不能像嫦娥系列着陆器那样直接进入地月转移轨道。
直觉呆板任务一选择猎鹰9号火箭
鉴于猎鹰9号火箭的高可靠性,只要探测器研制进度得到保障,那么本年它就可能成为美国唯一实施的月球登岸任务,彼时彼刻,距离阿波罗17号登月已经已往了整整五十年,这将是时隔半个世纪之后美国再次规复月球表面软着陆能力。
白兔R任务一(日本)
日本航天受限于预算规模,向来喜好以剑走偏锋的方式发展,比如已往他们会合力量专攻小行星探测,也算是会合力量办大事的另类体现了。但是对于地球的近邻“月球”,他们也不能无动于衷,尤其是在各国都想要在月球赛马圈地的配景下。
白兔R任务一是日本宇宙航空研究开发机构的商业月球探测筹划内任务,白兔R着陆器由ispace太空公司负担主要的研发任务,该着陆器名称中的“白兔”是基于嫦娥奔月故事的日本版本中的一只兔子。
白兔-R着陆器结果图
该探测器原筹划2021年发射,由于研制过程中遭遇了一系列棘手难题,遂将发射日期调整至2022年第四季度。
白兔R着陆器高2.3米、宽2.6米,呈正立方体外形,干重约0.34吨,设置1台主减速发动机与6台辅助减速发动机,姿控发动机有8台,为了最大限度降低燃料斲丧,探测器采用低能量转移轨道抵达月球,因此可以缩小燃料贮箱,并将科学载荷携带重量提拔至30公斤。
虽然是小型着陆器,但是在宣传图呈现结果上是肯定不能输的。
根据数据可以感知到,白兔R是一款小型月球着陆器,其体量比不上前文所述的两款着陆器,大抵相称于嫦娥系列着陆器的四分之一。
着陆器将携带两台月面巡视器,一台是由日本宇宙航空研究开发机构提供的“可变形呆板人”,这台巡视器可以视作一辆两轮月球车,睁开前呈球体外形,睁开后两个车体的两个半球便是车轮,另一辆则是阿联酋的拉希德轮式月球车。
阿联酋的拉希德号月球车
可变形月球呆板人
白兔R某种程度上可以看做是多国互助产物,该着陆器的终极总装工作是在德国兰波尔茨豪森的阿丽亚娜集团有限公司的工厂中完成。
白兔R着陆器在德国进行总装
按照筹划将于本年第四季度由猎鹰9号火箭在卡纳维拉尔角发射,登岸所在是月球正面北半球东北方向的“梦湖”,在这片月海中地势平展,少有大型的月球坑,便于安全着陆,表明此着陆器尚不能顺应复杂月面地形的软着陆任务。白兔R着陆器无月夜生存能力,因此月面活动时间就是一个月昼,约14个地球日。
白兔R任务一预选着陆区:月球正面梦湖
此任务成功后,日本将成为全球第四个把握月面软着陆能力的国家。
探月智能着陆器SLIM(日本)
作为继玉轮女神号绕月卫星之后,时隔十五年由日本国家主导的登月任务,原筹划探月智能着陆器将于本年发射,继而成为日本第一个实现月面软着陆的探测器,但是由于部分科学探测载荷研制推迟,导致发射筹划推迟至2023年,意味着其任务进度将掉队于该国商业航天公司ispace的白兔R任务一。
探月智能着陆器SLIM结果图
探月智能着陆器高2.4米、宽2.7米、厚度1.7米,干重0.19吨,设置两台500N着陆降落发动机,月面着陆重量0.21吨,别看它的体量比白兔R着陆器还要小,但是它所负担的任务更为困难,那就是基于地形相对导航技能实现定点落月,这也是该项目进度之以是掉队于白兔R的原因。
探月智能着陆器的预选着陆区是月球正面南半球酒海以西“西里尔环形山”内的“希奥利撞击坑的斜坡上”,着陆准备轨道是远月点600公里、近月点15公里。
探月智能着陆器的预选着陆区
它将在近月点15公里处启动降落发动机进行制动减速,至距离月面3.5公里都属于“动力降落段”,在此阶段设置4段各50秒的关机滑行时间,关机滑行过程中着陆器将拍摄月球表面影像,这些图像将与探测器储存的月面影像进行比对,以获得更为准确的位置和速度信息,进而调整探测器的降落弹道,此操作是探测器实现定点落月的关键动作,即基于地形匹配的相对导航技能。
抵达距月面3.5公里处时,探测器开始快速调姿,呈降落发动机喷管朝向月面的垂直降落姿态,此时探测器已经来到了着陆点上空。
登月任务规划
着陆雷达将持续进行测距测速工作,在距离着陆点约50米高度时进行精避障,探测器自主选择终极安全着陆点,并基于安全着陆点进行程度位置微调,在距离月面约3米高度时降落发动机关机,最后的着陆打击能量由着陆机构吸取,提前关机是为了降低月尘对探测器产生的不利影响。
值得一提的是,探月智能着陆器的着陆机构不同于以往登月探测器的着陆腿连杆机构,而是采用了一种基于3D打印技能制造的雷同海绵的着陆缓冲机构,通过粉碎海绵状结构来吸取着陆打击能量。
探月智能着陆器呈海绵状的着陆缓冲机构
而且,此着陆机构并没有布置在降落发动机一侧,而是布置在了探测器的侧面,以是探测器打仗月面后会有一段倾倒过程。
探月智能着陆器的着陆缓冲段
探月智能着陆器在着陆前还将释放两个小型巡视器LEV-1与LEV-2,LEV-2是与白兔-R着陆器携带的“可变形月球呆板人”同款产物,LEV-1则是一个新颖的跳跃式巡视器。
探月智能着陆器在着陆前先后分离LEV-1与LEV-2
LEV-1跳跃式巡视器
LEV-2球形巡视器(可变形呆板人)
地外天体探测初期任务通常以攻克工程难题为主,比如嫦娥探月工程的“绕、落、回”,日本的探月智能着陆器都是如此。
日本探月智能着陆器负担的主要任务就是攻克基于地形相对导航的“定点落月”技能,而科学探测任务并不多,因此也没有设置同位素核热源,不具备月夜生存能力,该探测器设计寿命也是一个月昼,14个地球日左右,这主要也是受限于整体预算太少的原因。
月球-25号(俄罗斯)
月球-25号是俄罗斯立国以来第一个月球探测器,原筹划本年9月发射,如果一切顺利它也将是继月球-24号时隔四十六年之后月球系列探测器重出江湖的时候,然而事与愿违,由于多普勒速度和测距仪被发现不符合技能规范的精度要求,因此发射至少推迟到2023年。如果对此精度问题不管不顾,并硬着头皮发射,那么登月成功率将是80%,对于俄罗斯航天而言,这是难以蒙受的风险。
月球-25号
月球-25号如此被看重,开新局的战略意义自是不必多言,更为紧张的是,这是一款高价值月球探测器。
在本年各国筹划发射的一系列登月探测器中,月球-25号是唯一设置同位素核热源的,意味着它将具备月夜生存能力,可以长长久久地在月球工作。同时月球-25号也是原筹划本年发射的一系列登月探测器中,预选着陆区纬度最高的,也就是说它最靠近月球极区,而这里正是当前各国登月探测项目所趋附者众的地方。不论是价值,照旧难度都是较高的。
月球-25号声学测试
月球-25号由著名的“拉沃契金设计局”抓总研制,发射质量1.75吨,此规模虽然不及嫦娥三号、嫦娥四号,但也已经逾越了前文所述的各型登月探测器,该探测器筹划由联盟2.1b火箭+微风M上面级在东方航天发射场发射。
选择的主着陆区是月球正面的博古斯拉夫斯基陨石坑,月面坐标69.545°N,43.544°E,备选着陆区是曼齐尼陨石坑,备选着陆区纬度较之主着陆区更低,难度稍小一些。虽然主着陆区靠近月球南极极区,但那里还不是严酷意义上的月球极区。
月球-25号预选着陆区
制约月球-25号向更高纬度挺近的原因是没有中继卫星,如果进入月球极区,那么探测器在多数环境下将面临无法与地球通信的问题。
按照早期筹划月球-25号是有一颗中继卫星的,但后来该中继卫星被剥离了月球-25号任务,发展成了月球-26号绕月卫星任务,不外,该卫星是在月球-25号之后发射,以是自然也就无法享受到月球上空的中继通信服务。
月球-26号
主着陆区虽然还不是月球南极极区,但是太阳入射角较之中低纬度地区仍然要小得多,以是探测器的5块太阳帆板有4块都是呈垂直方向布置,以顺应较小的太阳入射角,满足发电需求。
5块太阳帆板在最佳定向条件下可实现4232W供电能力,能源供给照旧很充裕的。
月球-26号下半部分还有一块太阳帆板
探测器整体结构可以分为上下两个部分,上半部分是太阳帆板、载荷装备、控制装备、热控装备安装位置,下半部分则是燃料贮箱、发动机、着陆腿等服务月球软着陆任务的装备,设置有2台588N降落发动机,以及4700N的轨迹校正与近月制动发动机,姿控发动机有DMT1-8(5.8N)、DMT9-12(49N)两个型号。
月球-26号底部的大推力发动机并不参与着陆任务
可以看到,月球-25号主发动机无法兼容近月制动与月面软着陆任务,与之相比,九年前嫦娥三号应用的7500N变推力发动机则是从近月制动到着陆月面打满全场。
对于俄罗斯航天的审慎选择,我照旧很支持的,由于只有确保成功才能有未来。月球-25号的成功对于我们而言也很紧张,毕竟他们是我们当前推动的国际月球科研站的主要参与方,如果俄罗斯航天迟迟不能具备登月能力,这并不是一件好事。
月船三号(印度)
三年前,印度首个地外天体登岸探测器“月船二号”意气风发地奔向了月球,就在它距离月面只有数千米高度胜利在望之际,由于软件故障控制系统忽然发出了错误的指令,使得月船二号着陆器来了一个倒栽葱,虽然之后规复了正常姿态,但由于这样一个动作已经导致着陆降落步伐的彻底杂乱,失败也就不可制止。
月船二号着陆器“倒栽葱”
月船二号登月失败之后,印度空间研究构造负责人辛格说,没有一个国家第一次登月就成功,美国在1960年代三度失败才成功登月。
月船二号失败瞬间的印度达万航天中央测控大厅画面
起首辛格作为该国航天范畴负责人对航天历史的正确把握是不外关的,美国第一次登月任务“勘测者一号”就获得了成功,再就是,21世纪还有一个新的毕竟,那就是我们的嫦娥三号作为我国第一个登月任务,不但取得了落月成功,还成功实现了月面巡视探测,也就是一步实现“落与巡”,如果我们再放眼火星,天问一号就更是“夸张”,该探测器作为我国首个独立自主实施的火星任务,一步就实现了对火星的绕落巡。
那一年,印度对月船二号最引以为傲的宣传是,这是人类迄今为止资本最低的登月探测器。就在失败的噩耗没过多久,印度空间研究构造披露了他们将推出月船三号任务。当年的月船二号资本之以是低,是由于很多地面验证测试工作没有做到位,否则也就不会由于软件故障导致登月失败,话说“软件”历来照旧印度所谓的“刚强”。
月船二号着陆器
在月船二号+月船三号的环境下,所谓的“低资本”还“低”吗?
我们分析事物就要尽可能透过现象看本质,以是巅峰高地的文章才能时常在“术”的层面引申出一些“道”的问题。
月船三号可以看做是月船二号的重复,由于前者的任务与后者几乎完全同等,那就是突破月面软着陆技能,就连着陆区的选择也是如出一辙。
之前很多人以为,月船二号轨道器摆设任务已经成功,那么月船三号将没有轨道器,这与毕竟是不符的,月船三号仍将是由轨道器、着陆器、小型月球车构成的月球探测器。
月船二号整器合照
月船三号为什么肯定要有轨道器?由于如果没有轨道器,那么着陆器就将负担地月转移轨控,以及近月制动任务,需要斲丧大量的燃料。
月船三号着陆器发射质量仅1.4吨左右,不足嫦娥三号的一半,如此体格无法容纳过多的燃料,如果强行让月船三号着陆器负担轨控任务,着陆器规模也需要放大,那样一来将超出其着陆降落发动机的能力,整个设计方案都将大变,这显然不是短平快的月船三号项目所能蒙受的代价。
月船三号组装画面
月船三号组装画面
因此,月船三号轨道器是必须要有的,所不同的是,月船三号轨道器将不再设置大量的科学探测载荷,而是将拓展中继星的职能。
月船三号着陆器的设计也有微调,月船二号着陆器降落动力是4台800N变推力发动机+1台800N固定推力发动机,月船三号着陆器取消了1台800N固定推力发动机。为了进一步加强着陆可靠性,着陆器在月船二号底子上增配了激光测速敏感器。
月船着陆器设置的降落发动机具备变推力功能
由于印度没有布局全球的深空测控通信系统,以是对外部的依靠性要高得多。就在本年上半年,印度空间研究构造与NASA签署了一项测控保障协议,他们将利用后者的深空网络(DSN) 来支持月船三号的通信,同时欧空局的深空测控网络将作为备份。
美国深空网测控站
月船三号着陆器与月船二号着陆器一样,都属于月面短期任务,没有月夜生存能力,当太阳落山之后,不论是着陆器照旧那辆小型月球车都将寿终正寝。
综上所述,本年筹划登月的6家探测器有3家明确公布推迟,有1家因火箭问题存在推迟风险,只有2家表现将准期在年内实施发射任务。除此之外,NASA商业月球有效载荷服务筹划的旗舰级项目“毒蛇号”月球车由于格里芬着陆器测试工作尚不完善,NASA要求该着陆器追加测试,因此发射日期将从2023年推迟至2024年年底。
NASA旗舰级无人登月项目:格里芬着陆器与毒蛇号月球车登月结果图
放眼天下,除我国以外的天下已有半个世纪没有实施过月球软着陆任务,这意味着,服务月球登岸探测的整个体系架构需要重新再来,包罗人才团队、产业链、测试系统、支持保障系统等等,即便抛开这些断档因素,半个世纪前的登月技能已经无法满足今时今日的需求。
半个世纪前的无人登月着陆器皆为“盲降”,也就是选定一大块平展预选着陆区,然后着陆器根据计算好的弹道闭着眼睛落下去,能不能成功全凭概率,大概说是运气。
由阿波罗12号宇航员在月球表面拍摄的勘测者三号无人探测器
只有阿波罗登月筹划引入了宇航员的控制作用,比如初次载人登月任务阿波罗11号,如果不是宇航员在最后时候接管了鹰号登月舱,那么就必然会由于撞向环形山而功亏一篑。
直至21世纪初期的嫦娥三号,人类才得以闭幕无人探测器盲降月球的历史。近几年也不乏其他玩家实验月面软着陆任务,比如以色列的创世纪号探测器、印度月船二号着陆器,结果全都以失败告终。
嫦娥三号闭幕人类无人探测器盲降月球历史
正由于如此,NASA主管科学任务的泽布琛提醒参与商业月球有效载荷筹划的公司,要对登月的难度与风险有清醒的认知,而他本人也做好了失败的准备,他说,虽然盼望“射门”都能打到门框范围内,但并不指望每次射门都进球。
航天业界常说,运载火箭运力有多大,航天舞台就有多大,这句话在某种特定环境中是适用的,但也有例外,比如本文枚举的这些登月探测器所属国家,他们大部分都有合适的火箭,这些火箭可以提供足够的运力执行相关月球轨道发射任务,然而现实并不是这样简单。
日本H-2B火箭地月转移轨道运力不低于4吨,凌驾了用于嫦娥三号、嫦娥四号发射的长征三号乙火箭。
深空探测是大系统工程,尤其是针对月球这样一颗地外天体的深入探测,大系统属性更为明显,嫦娥探月工程为人类月球探测提供了贵重的样本范例。
嫦娥探月工程立项伊始,那时的我们在深空探测范畴可谓是一片空白,甚至连覆盖月球轨道的测控能力都还没有具备,大火箭更是还在路上,就是在如此条件之下,我们仍然创建了“绕、落、回”三步走发展战略,并定下了完成一系列探测目标的2020年时间节点。
有多大的锅下多少米,嫦娥一号任务时期我们通过天下大口径测控天线以及天文观测网的VLBI组阵技能,实现了月球轨道测控覆盖能力,嫦娥二号作为探月二期先导星,进一步验证了地月转移轨道直接入轨技能,同时通过降低环月轨道高度为嫦娥三号拍摄预选着陆区高分辨影像,还验证了嫦娥五号任务的相关技能。
嫦娥一号探测器
嫦娥二号近月拍摄画面
嫦娥三号完成月球软着陆与月面巡视工程目标后,备份星转正为嫦娥四号,又实现了人类初次月球反面的软着陆与巡视探测,嫦娥五号T1试验器是嫦娥五号先导星,验证了月地再入返回关键技能,最后在长征五号大火箭运力加持下,又准期实现了嫦娥五号的月球采样返回任务,嫦娥五号月球轨道无人交会对接技能的实现至今照旧人类地外天体探测的一个天花板。
嫦娥五号月球采样返回探测器的11个任务阶段
工程顶层框架有科学统筹,各任务之间环环相扣,不将已知问题带上天的严慎细实作风进一步进步了任务成功率,同时关键技能不断突破,货架技能产物日益丰富,在研制过程中充实发挥军民融合战略的威力,尽可能变更各类资源服务总目标,我们的深空探测能力就是这样一每天壮大了起来,在这一底子上,我们想做什么事都可以得心应手。
比如充实继承探月工程技能一步实现火星绕落巡的天问一号探测器,接下来我们还会实施天问二号小行星采样返回+主带彗星围绕任务、天问三号火星采样返回任务,近来又爆出消息说,我们还将实施额外的小行星撞击任务。
火星采样返回探测器
不论月球探测风云怎样变幻,我们已经通过嫦娥探月工程争先下了一步先手棋,成为了人类在21世纪的探月先锋力量。
针对各国加紧探月步伐的新局势,嫦娥探月工程四期也已经做好了准备。月球表面到达能力是月球探测的一项焦点能力,承载这一能力的关键装备就是“着陆器”。
一款好的月球着陆器需要解决三个问题:
一、高可靠高安全
如今我们已经实现了嫦娥三号、嫦娥四号、嫦娥五号三次登月任务的三战三捷,该系列着陆器的可靠性已经得到了实际任务验证。
尤其是嫦娥四号着陆器登岸月球反面具有复杂地形条件的冯·卡门撞击坑,验证了全月面到达能力,如今我们已经具备根据探测需求恣意选择月球着陆区的到达能力。
嫦娥四号在距离月球表面约七千米高空转垂直降落姿态
三次登月次次成功的关键技能有两个,一是以微波测距测速敏感器、激光测距测速敏感器、激光三维成像敏感器为支撑的基于呆板视觉理念的登月控制方案的成功应用,再就是7500N变推力发动机的成功研制与应用。
嫦娥四号设置的激光三维成像敏感器
多国登月着陆器都将沿着嫦娥系列着陆器的技能门路发展
可以看到,本文枚举的多款他国月球着陆器都将沿着我们的这条技能门路解决登月安全性的问题,也可以看到那些着陆器设置的月球着陆用降落发动机的推力皆没有逾越我们的7500N变推力发动机。
7500N变推力发动机
二、定点着陆
月球表面定点着陆是开展月球大规模探测以致开发活动必须攻克的关键技能,它可以让多个探测器在月球表面会师,进而形成月球基地。
筹划由我国主导创建的国际月球科研站
人类现在尚没有实施月球表面定点着陆的案例,拿下这项关键能力,主要有两个技能途径,一个是基于地形相对导航技能(本文已有详细分析),再就是通过无线电信标导航。
嫦娥系列着陆器现在解决的是登月安全性问题,也就是说着陆器可以解决登月末段的停滞物辨认与机动,并自主选择安全着陆点,但还没有解决指定所在着陆的问题。
这并不代表嫦娥系列着陆器不能具备此项技能能力,早在嫦娥四号任务遴选探测目标时就有专家发起,我们可以去嫦娥三号着陆点,展示我们的定点着陆能力,最闭幕合项目经费、任务价值最大化等方面的综合考虑,没有选择这一目标,而是选择了月球反面。
嫦娥七号将突破定点落月技能
定点落月任务安排给了嫦娥七号,也就是说此项技能对于我们而言,不是什么不可逾越的高峰,而是事有轻重缓急的选择问题。
三、大承载
着陆器需要具备较大规模的月面着陆能力,以支持大量有效载荷的运输,以及载人月球探测。
本文枚举的他国着陆器,着陆月面的探测器吨位都是几百公斤,没有超出1吨,现在嫦娥系列着陆器的月球着陆能力是略微超出1吨。
嫦娥系列着陆器登月规模到达了1吨级
我们将在嫦娥八号任务中验证大承载月面着陆技能,届时长征五号的8吨级地月转移轨道运力将全面聚焦月球着陆能力创建,嫦娥八号探测器预计将不会携带轨道器,着陆器规模将大幅度逾越现有的嫦娥系列着陆器,可以通过7500N变推力发动机的多发并联技能实现月球表面的大承载降落,从这里又可以看到这款诞生于十几年前的发动机的策划长远,在不远的未来它还将用于支持载人登月任务。
嫦娥八号将突破大承载登月技能
基于雄厚的技能能力积聚,嫦娥探月工程已经呈现出了人机协同探月的工程图景,探月四期将通过嫦娥六号、嫦娥七号、嫦娥八号三次任务建成国际月球科研站根本型,与此同时新一代载人飞船、新一代载人运载火箭、新型载人登月模块的研发将使我们把握载人登月能力,这些任务还将伴随一大批创新型的月面探测装备的研发与应用,比如嫦娥七号的飞跃探测器,多款月面高机动运输装备、全天时覆盖月球极区的中继通信能力等。
只要把稳目标,长期发展,我们就必定会在可持续发展的蹊径上实现引领人类月球探测以致深空探测的目标,此目标的实现将带来更多战略红利。 |