月球探测器再度折戟:月面着陆为何如此艰难?

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原文作者：Alexandra Witze

ispace着陆器的失败，充分反映了着陆月球的种种难题——对私营公司尤甚。

日本航天公司ispace建造的M1航天器奋勇争先，意欲成为首个着陆月球的私营航天器。然而，4月25日，它显然在月球表面坠毁了，在已经很长的登月败北名单上又添一笔。安全着陆月球为何如此艰难？什么时候首家私营企业才能取得成功？

迄今为止，成功实现过月球软着陆的航天机构只有三家——中国、前苏联和美国的国家航天机构。其中，20世纪70年代后成功着陆月球，且首次即成功的，只有中国。



2019年，中国的嫦娥四号探测器完成了在月球背面着陆的创举。来源：新华社/Alamy

“月球着陆之所以这么难，是因为要考虑的变量太多。”美国Honeybee Robotics公司太空系统主任Stephen Indyk介绍道。比如，与地球相比，月球的重力更小，大气极其稀薄，而且尘埃极多。

为了让探测器成功着陆，工程师需要预判探测器与月球环境会怎样相互作用——还要投入资金测试可能出现的问题。“要验证着陆系统对尽可能多样的环境的适应性，就得测试、测试，再测试。”Indyk说，“即使如此，也还是保证不了任何事。”

惨烈失败

ispace是第二家尝试月球着陆的私营公司。在它之前，只有以色列的SpaceIL在2019年做过一次尝试，但也以探测器坠毁月面告终。

Indyk表示，商业公司在尝试月球着陆时遭遇难题并不意外。20世纪60年代，美国和苏联争相着陆月球，双方的着陆器也坠毁了一个又一个；直到1966年，美苏才分别取得成功。

Indyk说，政府航天机构能从每一次着陆尝试中都学到经验；而人们期待私营企业重复国家航天机构的成功，但它们既没有政府资源，也没有多次成败中积累的经验教训。“要求私营公司一蹴而就，要求过高了。”

2013年，中国发射了嫦娥三号探测器，这是中国首次尝试月球着陆，取得了圆满成功。不仅如此，中国还完成了人类历史上首次月球背面着陆，并带回了月球岩石样本。然而，印度2019年发射的探测器坠毁在了月球表面；今年晚些时候印度将再次尝试月球着陆（相关阅读：探月几时有？六国问青天 |《自然》长文）。

早早出现的难题

把探测器送到距地球约384000千米的月球上，可比把卫星送入近地轨道困难多了——而且在任务较早阶段就可能出现故障，即便对于没有着陆计划的探测器也是如此。例如，2022年12月，美国航空航天局（NASA）发射了用于绘制月球水冰地图的小型探测器“月球手电筒”（Lunar Flashlight）。发射没多久，“月球手电筒”的推进系统就出了故障，探测器可能因此无法进入完成预定任务的轨道。

即使成功到达月球附近，着陆器还必须在没有全球定位卫星导航、也几乎没有大气缓冲减速的情况下，找到降落月面的路线。一进入关键的最后几千米，探测器的软件就必须快速自动处理各种最后关头的难题，例如，探测器喷射出的气流会扬起大量月面灰尘，灰尘的干扰可能会让探测器的感应装置失灵。

前述2019年的两次着陆失败，可能都是因为在最后时刻软件和传感器出了问题。而今年4月ispace的失败，初步迹象表明，问题可能出在即将着陆之前探测器推进剂消耗殆尽了。

商业月球热

ispace的着陆失败给其他计划月球着陆的商业任务提高了门槛，其中有三个得到NASA的部分资助，计划年底前发射。这三个着陆器隶属于商业月球有效载荷服务（Commercial Lunar Payload Services，CLPS）项目，该项目由私营企业建造着陆器，以便把NASA等客户的载荷送到月球表面。

三个着陆器中，由费城Astrobotic公司建造的着陆器预计五月初发射，但由于发射火箭迟迟未能就绪，发射可能要推迟至少数月。这样一来，捷足先登的或将是休斯敦Intuitive Machines的月球着陆器，六月便可能发射升空。

为率先实现成功的私营企业月球登录，这些公司关注着其他人的经验教训。“潮水涨上去，所有船都能高，”2023年4月，就在ispace着陆失败之前的一次月球主题会议上，美国Draper公司CLPS项目的工程师Alan Campbell说，“如果我们能从商业探测器或NASA的CLPS任务中获取经验教训，广泛运用起来——这就是我们该做的事。”

原文以Moon mission failure: why is it so hard to pull off a lunar landing?标题发表在2023年4月27日《自然》的NEWS EXPLAINER版块上

© nature

doi: 10.1038/d41586-023-01454-7

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