人类探测器首探月球南极失利,印度航天紧跟中国步伐

nczhangyun

发射于2019年7月22日的印度月船二号探测器经过数日太空旅行，在2019年9月7日在月球南极地区附近软着陆失败。按计划，月船二号将在月球表面停留14天，并在此期间内进行多项科学实验，探索月球南极存在水资源的证据以及太阳系早期的化石记录。如果印度成功实施月面软着陆，将是继美、苏、中之后全球第四个具备该能力的国家。



月船二号探测器升空，图片来源：indiatoday.in
值得关注的是，印度科学家将软着陆点标定在月球南纬70°附近，比嫦娥四号更加靠近月球南极。这说明月船二号的目标非常明确，就是对月球南极进行考察，以便印度后续在月球南极开展活动。
月船二号是印度第二次月球探测任务，第一次为2008年执行探月任务的月船一号（已失联）。时隔11年之后，印度再次向月球进发，试图在月面软着陆，并且释放一辆月球车，月船二号与嫦娥三号相似，不仅有轨道器，还有月面巡视器。


月船二号探测器升空，图片来源：indiatoday.in
“他乡遇故知”，嫦娥四号会与月船二号碰面吗？

2019年1月我国嫦娥四号着陆点位于月球南半球冯-卡门撞击坑，坐标为（-45.47084°，177.60563°），印度月船二号降落点坐标为（-70.90267 °，22.7811 °），备选降落点坐标为（-67.87406，-18.46947），都位于月球南极附近。大家也许会好奇地问：“月船二号抵达月球南极，它与嫦娥四号相隔多远，两者会不会在月球上相遇呢？”


月船二号与嫦娥四号的相对位置，图片来源：谷歌副本
从图中可以看出，月船二号的两个预备着陆点都比嫦娥四号更加靠近月球南极点。从坐标的纬度也可以看出，两者相差大约20多个纬度。有趣的地方在于，月船二号两个着陆点是横跨月球0°经线，仍然处于月球朝向地球的正面。从月球正面看，月船二号着陆点就在月球南极边缘，毕竟着陆点的纬度较大。月船二号着陆点距离嫦娥四号非常遥远，距离大约1900公里，横跨了月球南极。相当于北京到桂林的距离。所以，在月球上嫦娥四号想要和这位“地球老乡”见个面几乎不太可能。


NASA克莱门汀探测器拍摄到的月球南极图像，显示出大面积的撞击坑，图片来源：维基
印度月船二号的着陆点更加靠近月球南极，此处的撞击坑更加密集，降落的难度也会更大一些。由于，月船二号着陆点仍然处于月球正面，意味着不需要中继星的数据传输，月船二号的轨道器可以充当数据中转站。
月船二号为什么要选择在月球南极着陆？
2018年，美国航天局（NASA）通过分析“月船一号”收集的数据，确认月球南极存在大量的冰。信息一公布，月球南极便成为了各国登月计划的关注焦点，探索水资源也是印度发射月船二号的首要任务之一。
印度选择月球南极作为软着陆点是对月船一号探测器发现成果的进一步深挖，目的性较强，月船一号发现月球南极存在水冰物质，一部分被锁定在矿物中。这次月船二号部署的着陆器上就携带了光谱仪，可以对元素丰度等数据进行收集。


月船二号着陆器和月面巡视器，图片来源：planetary.org
根据月船二号的科学目标，侧重于研究南极水冰、矿物、元素丰度，并且建立月球表面的三维地图，绘制出水冰物质在月球南极的分布点。根据NASA等相关机构的研究成果，月球南极存在一定储量的水冰，但具体有多少，就需要着陆器搭载的仪器对月壤进行分析。
鉴于月球是距离地球最近的天体，也是唯一一颗天然卫星，未来月球将作为人类进入深空的跳板。如果月球南极的水资源被开发利用，人类就不需要从地面携带水进入太空，可大大节省成本。有了这些冰，人类可以就地取材，制造出月球基地需要的氧气、饮用水，以及火箭推进剂需要的液氢和液氧，大大降低了月球基地的建设成本。


月球基地遐想图。图源：网络
月球南极除了水冰外，还有其它矿物，印度探月的一个目的也是为了在月球上先占块地，先以水资源为主要条件进行筛选，那么月球南极就是一块宝地。与嫦娥三号、四号任务所不同的是，月船二号作为印度第二次探月就将目标选定在南纬70°附近，说明印度力争在月球南极有所作为，今后的探月重点也会围绕月球南极开展。此外，月球南极存在艾肯盆地，它不仅是月球上最大最古老的盆地，也是太阳系中最大的盆地。对这一地区的勘探将促进人类对月球的进一步了解，是人类研究月球内部结构的窗口。
印度航天紧跟中国步伐
本次印度探月任务中月船二号的着陆器本来由俄罗斯设计，月船二号一开始也是印度和俄罗斯的联合项目。但是因为俄罗斯方面研发着陆器的进度较慢，最终无法给出着陆器，印度在2015年开始独立研发着陆器，直到2019年才基本研发完成，并马上实施了发射。

准备安置在载荷舱内的月船二号，图中可大致看出月船二号的大小，图片来源：planetary.org
由此看出，印度下一步探月规划与俄罗斯联手的可能性在不断降低，原因在于俄罗斯的技术无法满足印度2020年代的探月需求。也不排除印度与欧洲、日本联合探月的可能，如果国际合作无法实现，印度也会独立开展探月活动。
有了独立开发月船二号的经验，印度在2020年代还会继续推进探月计划，鉴于我国即将实施嫦娥五号月球采样返回计划，印度航天未来也会参照这个方式进行探月。
考虑到印度航天实力距离独立载人登陆还有较大差距，因此预判印度接下来10年的探月还是以无人探测器为主，利用轨道器全面摸排月球上的矿产、水资源，然后发射着陆器先占块地。
2019年1月，中国的嫦娥四号探测器登陆南极-艾肯盆地内的冯卡门环形山，实现人类航天器首次登陆月球背面。在最新公布的探月工程后续计划中，嫦娥六号、七号的主要勘测目标就在月球南极。嫦娥六号计划在月球南极进行采样返回，嫦娥七号将对月球南极进行地形地貌、物质成份、空间环境的综合探测。这些探索将为建设月球科研基地奠定基础，为世界共建月球村做出重要的贡献。
知识补充：为什么月船二号在月球南极工作计划只有14天？虽然月球南极的一些大型撞击坑边缘山脊上属于长久光照区，一年能有90%以上的持续光照时间，长时间的光照保证了探测器对太阳能的利用，减轻了极低温环境对在月工作的限制。但是月球的自转周期约为27天，白天与黑夜各占一半。长达13天半的月夜里，没有太阳光的照射，月球表面温度可低至约零下190℃，缺少防护的电子设备和机械会因温度过低失效、损坏。
此次计划着陆月球南极的月船二号虽然也像嫦娥四号拥有一部月球车，但设计寿命为14个地球日，主要仪器缺乏低温保护机制，很难熬过月夜。不过这辆月球车的电力系统配置了休眠和唤醒功能，如果运气好，可能会在第一次月夜过后幸存下来。（可惜失败了）

作者：林文杰 航天科普作家

审稿：邵相军 紫金山天文台博士

编辑：Bob

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