数天前嫦娥四号着陆器与巡视器顺利通过第十个月夜期极低温考验,开始第十一个月昼工作日,两器运行至今已有296天。再过不久玉兔二号还将成为运行时间最长的月球车,这将标志着我国在深空探测领域又迈出了一大步。
玉兔二号月球车
嫦娥探月工程自2004年3月1日开始至今先后实施了嫦娥一号绕月卫星、嫦娥二号先导卫星、嫦娥三号月球着陆巡视器、嫦娥五号T1试验器、鹊桥数据中继星、嫦娥四号月球着陆巡视器共计6次发射任务,取得了六战六捷的光辉战绩,两次落月任务成功率100%,更难能可贵的是嫦娥四号完成了人造航天器首次登陆月球背面的壮举。
在嫦娥探月工程刺激下世界各国摩拳擦掌都想在月球上一展拳脚,于是以色列“创世纪号”与印度“月船2号”先后向月球进发,低成本探月是这两艘飞船自诩的特色之一,然而后来双双折戟月球的事实告诉我们,没钱没国力那就不要搞航天。能肩负起拓展人类活动边际的大规模深空探测活动,仍然是大国独有的能力与责任。
月船-2号折戟月球
现如今地球东西两大半球各有一股强大的航天力量正在筹划着向月球进发,嫦娥探月对东半球而言自然是当仁不让,西半球就是大洋彼岸目前正在实施的“阿尔忒弥斯载人重返月球计划”。该计划旨在2024年让宇航员的足迹再次踏上月球,远期规划是立足月球轨道站实现与月面考察站之间的联动探测,并以此为基地向火星进发。
梦想很美好,但是现实也很残酷。今年是阿波罗载人登月50周年,距离美国最后一次实施月面软着陆任务的阿波罗17号已经过去47年,在近半个世纪里他们没有实施过哪怕一次月面软着陆任务,这意味着一切都要从头开始摸索。
阿波罗17号
以色列与印度连续两次月面软着陆任务失败也是在给NASA示警,约翰逊航天中心副经理卡米尔·阿莱恩坦承:“月面软着陆任务难度非常大,而NASA的商业供应商均没有执行过月面软着陆任务,我们正在面临着严峻考验。”。
为了尽快熟悉掌握月面软着陆技术,NASA先后与9家商业航天公司签下了月球探测器研制合同,他们将在明后两年时间里发射三艘小型无人登月器,以验证软着陆技术。
美国正在研制的小型登月器
近日,NASA负责人布莱登斯廷在国际宇航大会上公开了一款名为“毒蛇”的新型月球车,堪称美国版嫦娥四号。它将在2022年发射至月球表面,该车配置有1台可以深入月面1米的钻机设备,配合3台光谱仪工作,目的是更进一步摸清月球南极区域水冰资源分布情况。
水资源对于深空探索来说是极为难得的宝藏,经过处理后宇航员可以饮用,也可以制氧,这解决了维持生命的两个头号难题。同时也能为氢氧火箭发动机制备燃料,如果火箭能从月球起飞,且燃料可以自给自足,那么人类就将向太空深处踏出大大的一步。
毒蛇月球车
在很多人眼里美国既然连人都能送上月球,那么经验肯定是相当丰富,但事实并非如此。阿波罗飞船在登月最后环节还需要宇航员监控修正,智能化程度并不高,更何况近半个世纪过去后昔日的生产线早已荡然无存,技术团队也早已凋零。而发射阿波罗登月飞船之前他们只实施过几十公斤级的无人月面软着陆任务,除此之外再无任何经验可言。
出乎很多人意料的是,美国至今还没有发射过无人月球车。最新公布的毒蛇月球车将是大洋彼岸有史以来第一辆无人月球巡视器,但是这款美国版嫦娥四号探测器并不完整,因为他们还没有研发出可以让这款月球车平稳着陆的落月器,所以NASA需要各供应商在未来数周时间里提交关于新型落月器的研制方案。
NASA登月器避障系统系留点火测试
月球软着陆任务为什么如此艰难?核心症结就在于月球几乎没有大气,由此引出了两大工程难点,首先是降落全程需要依靠动力减速,这不同于火星还有大气层可以实施气动减速,因此对动力系统的变推力调节能力提出了更高要求。比如,我国嫦娥三号、四号使用的7500N变推力发动机,不仅能实施轨道机动,也是落月期间的主动力,由于该发动机表现优异,明年发射的火星探测器中也有应用。
嫦娥四号7500N变推力发动机
再就是智能避障控制能力,飞船登月姿态调整需要一双敏锐的眼睛,比如嫦娥三号/四号就应用了基于机器视觉的智能避障系统,该系统整合了导航惯性测量单元、激光测距、微波测距、光学成像、激光三维成像等一系列传感器,我们这套系统做到了领先全球。
只有视觉信息传递正确,计算机才能做出正确判断,尔后控制飞船姿态的发动机才能米秒不差地点火工作。
嫦娥四号微波测距
印度月船-2号在距离月面仅2.1公里时突然出现整体360度旋转,很明显这是避障系统误判导致的系统崩溃反应。
截止目前NASA才刚刚确定载人登月器研制方,几款小型登月器也是刚签署合同,技术状态距离成功登月还有较大差距。如果NASA不攻克月面软着陆难关,那么载人重返月球就只能是镜中花水中月。
NASA还在图纸上的登月器
与之对比,嫦娥探月工程即将完成绕落回三步走规划,接下来我们将迎来嫦娥探月2.0阶段。嫦娥四号之后我们还将发射嫦娥五号、嫦娥七号、嫦娥六号、嫦娥八号四艘登月飞船,这些飞船将迎来新的质变。
嫦娥五号、六号将为载人登月验证全套技术,嫦娥七号将对月球南极进行一次大规模系统性探测,而嫦娥八号将验证月面建站技术,个个都是重量级装备。
3D打印技术建设月面考察站
我们作为月球探测的后来者,为什么可以做到后来居上呢?
回顾过去二十年发展历程,我们抓住了很多领域的机遇期。比如海军装备中的驱逐舰,当大洋彼岸执着于DDG-1000之际,我们小步快跑发展出了052C/D,乃至055万吨大驱,一举追平主力舰之间的性能差距;还有高超音速领域,当大洋彼岸执着于配置超燃冲压发动机的X-51A之际,我们又在这二十年时间里连续推出三代高超音速滑翔弹,DF-17就是最新成果之一;航天领域的深空探测也是如此,当他们执着于高大上的火星之际,月球探测我们迎来了六战六捷。
嫦娥四号热真空测试
之所以能够取得月球探测的连战连捷可以归结为一个词“着眼长远”,没有行稳致远的战略就不可能赢得最后胜利,这才是我们最该值得高兴的事。