作者:唐军 来源:澎湃新闻 发布时间:2023/8/21 22:14:57
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俄“月球-25”号探测器失联坠毁,登陆月球为何如此艰难?

 

俄罗斯时隔47年后再次发射月球探测器,任务前半段基本顺利,但在落月的最后一次轨道调整出现问题,最终撞月坠毁,只差临门一脚。

8月20日,俄罗斯国家航天集团公司发布消息称,“月球-25”号探测器目前已失联。据初步推测,探测器进入了非预先规划的轨道并撞上了月球表面。据介绍,探测器失联的原因将由专门成立的跨部门间委员会进行调查。

“月球-25”号探测器是俄罗斯历史上发射的首个月球软着陆探测器

只差临门一脚

8月11日发射的俄罗斯“月球-25”号探测器原计划在8月21日软着陆在月球南极地区,这是苏联/俄罗斯时隔47年后再次发射月球探测器。

俄罗斯国家航天集团公司19日发布公告称,按照预定计划,在莫斯科时间19日14时10分向“月球-25”号月球探测器发出信号,以便其进入着陆前轨道,但在操作过程中,探测器出现了异常情况,无法按照规定的参数进行操作。根据俄方公布的信息,这次变轨目的是让“月球-25”号进入一条18千米×100千米的预着陆轨道,但是这次变轨出现了异常,这也是该探测器进行软着陆阶段的关键变轨。

在这次变轨前,“月球-25”号在91千米×112千米的轨道上运行,有消息指出,探测器在进入预着陆轨道阶段出了问题,实际执行的脉冲大小是计算值的1.5倍,制动时间太长,通俗地说就是刹车时间过长,导致探测器的近地点高度低于0千米,最终导致“月球-25”号坠毁在月球表面。

在之前一篇关于俄罗斯探月的文章中,笔者提及“月球-25”是俄罗斯重返月球计划中非常重要一颗探测器,探测器的主要任务是操练环极地区软着陆的基础技术,并对月球南极地区的特定区域进行接触研究,包括测试软着陆技术,在月球南极地区寻找水的痕迹,研究月球两极地区的化学组成。除了科学任务外,“月球-25”号探测器的目的还在于检验工程体系,整合技术资源,培养和锻炼人才队伍。同时,该探测器还承担着为俄罗斯测试在月球极区软着陆、精准着陆、极地通信等技术的重任,并为俄罗斯今后建造月球基地的选址提供依据。

在“月球-25”号之后,俄罗斯还将发射“月球-26”号、“月球-27”号和“月球-28”号,其中“月球-27”号和“月球-28”号同样也进行月球软着陆探测,因此,作为俄罗斯新探月计划的“开山之作”——“月球-25”号探测器对俄罗斯航天事业发展的意义重大,如今“中道崩殂”势必对探月计划造成不小的影响。

“月球-25”号的失败再度引发了登陆月球有多难的讨论,因为从2019年至今,包括“月球-25”号在内,已经有5个计划前往月球进行软着陆的探测器先后失败。

登陆月球并不简单

2019年2月,以色列民营机构主导的“创世纪”号首开世界民营航天机构奔月之旅,在登陆月球数分钟前,探测器出现技术故障,与地面失去联系,撞向月球表面。该项目耗资约1亿美元,主要来自私人资金,探测器高1.5米,直径2米,重约600千克,失败原因是探测器主发动机出现故障,最终坠毁。

除了“创世纪”号,在2019年,印度的“月船二号”也在着陆月球的阶段失败。该探测器是印度发射的第一个月球软着陆探测器,重约3.85吨,包括轨道器、着陆器和月球车三个部分,着陆器被命名为维克拉姆(Vikram),以纪念印度航天之父维克拉姆,而月球车被命名为Pragyan,探测器于2019年7月22日发射升空,当年8月20日探测器进入月球轨道,9月7日开始实施月球软着陆,在高度降低到2.1公里高度时飞行轨迹开始偏移,遥测信号显示Vikram着陆器最后的垂直下落速度超过58米/秒,硬着陆月球。事后,美国LRO月球轨道器的高分辨率卫片显示,着陆器彻底摔碎,印度的首次月球着陆尝试以彻底失败告终。

2022年11月22日,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA),随美国新型火箭于16日发射升空的日本月球探测器“好客”(OMOTENASHI),在与火箭分离后姿态异常,太阳能电池板无法正常工作,多次尝试修正都未起效。日本探测器首次登月计划以失败告终。“好客”号是日本首个计划在月球表面着陆的超小型探测器,其任务包括验证在月球表面半硬着陆的可能性等,探测器长11厘米、宽24厘米、高37厘米,重12.6千克,由负责飞行至绕月轨道的轨道器、接近月面时用于减速的发动机和在着陆器三部分组成,由于探测器尺寸太小,无法配备大型缓冲发动机。为此,JAXA专门研制了超小型固体减速发动机,它将在距离月面约100米时与着陆器分离,最终着陆器将自由落地,靠充气气囊实现“半硬着陆”。

今年4月,日本太空初创企业iSpace公司研制的“白兔-R”号探测器因为软件问题在离月面约89米高度与地面失去联系,导致计划中的软着陆变成了硬着陆。“白兔-R”探测器高2.3米,重约1吨,配备了主减速发动机、辅助减速发动机和姿控发动机,除了着陆器,其还搭载了一个球形巡视器,探测器在2022年12月11日由美国“猎鹰9”号火箭发射升空。

根据相关统计,包括“月球-25”号在内,苏联/俄罗斯共进行了28次月球软着陆探测任务,其中13次成功进入环月飞行,只有7次成功,成功率25%,而过去四年国际上5次月球软着陆探测任务均以失败告终,更是说明虽然航天技术快速发展的当下,软着陆月球探测也不简单。这也是为什么至今只有苏联、美国、中国三个国家成功登陆月球,即使继承大量苏联航天遗产的俄罗斯也没有让“月球-25”号成功登月。

登陆月球首先要确保探测器成功发射,进入地月转移轨道,不然就会遭遇“出师未捷身先死”的情况,为了顺利进入月球轨道,让月球捕获探测器,需要准确地计算着陆器轨道与月球轨道的交会位置,如果错过,就要再等下个月甚至等好几个月。月球捕获的时候,还要精确控制探测器的大小和方向,如果没有刹住车,就直接撞到月球上坠毁或者与月球擦肩而过。

由于月球没有大气,而且表面不仅有山峰、谷地等复杂地形,平整一些的平原也是坑坑洼洼,一不小心就容易掉坑里。在登陆前,需要精心选择着陆地点,这需要高精度地图的支持。为了确保成功最好还有完善的测控系统,据称这次俄罗斯探月任务并没有完善的测控系统,部分区域无法覆盖。成功软着陆对探测器本身硬件和软件要求非常高,各种导航、避障设备,比如惯性测量单元、微波测距测速敏感器、激光测距敏感器、光学成像敏感器、激光三维成像敏感器等,才能让着陆器避开着陆过程中的各种障碍,这次“月球-25”号就没有避障相机(本来有这个设备,俄乌冲突后还给欧空局),所以说即使最后一次轨道调整没有出问题,在最后的着陆阶段因为避障相机的缺失,依然存在不小的风险。

“月球-25”号已经失败,接下来就看印度“月船三号”探测器在8月23日的表现了,让我们拭目以待!

 
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