【犇報專題】全球探月競爭時代來臨

By 犇報編輯部 / 2021-01-15 16:21:21 /
太空
航太
科技
摘要:

中國探月計劃引來全球關注,人們在再度聚焦中國航太發展的同時,也聯想到全球多國當下紛紛展開的一攬子探月專案。在中國嫦娥系列飛船探月不斷取得進展的同時,美、歐、俄、日、印、以等月球計劃也在以各自不同的步伐展開。那麼除中國航太計劃之外,國際其他六大探月專案的進展情況如何?請看犇報專題介紹。

xxx長征五號遙五運載火箭發射升空。

英媒盤點全球六大探月計劃

英國廣播公司網站12月17日發表題為《中國嫦娥五號「攬月歸來」盤點全球其他六大探月計劃》的報導。該報導說,上一次人類將月球樣本帶回地球還是40多年前的美國和蘇聯探月計劃。嫦娥五號帶回的新樣本預計可以給科學家提供理解月球地質、早期歷史的資訊。中國探月計劃引來全球關注,人們在再度聚焦中國航太發展的同時,也聯想到全球多國當下紛紛展開的一攬子探月專案。

在20世紀冷戰高峰時期,世界的目光曾一度聚焦在美國和蘇聯兩個超級大國的太空競賽。那段歷史甚至被好萊塢多次搬上銀幕,成為一個時代的共同記憶。美俄在冷戰結束後的一段時間裡對耗資巨大的航太項目投入均大不如前。美國甚至很長時間依靠俄羅斯火箭送太空人前往空間站。然而,其他有能力的國家對探月和航太發展的興趣沒有止步。21世紀的今天,隨著多極化世界的逐步形成,昔日兩強爭霸太空的局面,開始被美國、中國、俄羅斯、歐洲、日本、印度和以色列等多方競爭與協作的趨勢取代。

在中國嫦娥系列飛船探月不斷取得進展的同時,美、歐、俄、日、印、以等月球計劃也在以各自不同的步伐展開。那麼除中國航太計劃之外,國際其他六大探月專案的進展情況如何?

美國「阿耳忒彌斯」計劃

阿耳忒彌斯是古希臘神話中掌管狩獵和生育的月亮女神的名字,因此美國登月計劃至少在命名方面與中國的嫦娥有些不謀而合。

美國上次大規模登月計劃是在上世紀60-70年代進行的,以古希臘光明神阿波羅命名。在古希臘神話中,阿耳忒彌斯和阿波羅是孿生姊弟。作為「弟弟」的阿波羅計劃1969年率先載人登月距今已過50年。美國總統特朗普2017年12月正式授權開啟「阿耳忒彌斯」計劃。如今,美國航空航天局(NASA)的「姐姐」計劃緊鑼密鼓:從研製新一代運載火箭和飛船,到最終計劃在2024年左右再度送太空人登月。

據NASA介紹,「阿耳忒彌斯」計劃落點將位於月球南極。主要原因是,月球兩極可能存儲約4.5億噸的冰。如果這是真的,建立月球基地之後的飲水和能源問題就可能較易解決。

除再度送太空人登月外,美國計劃建立月球基地,並以月球為跳板為最終載人登上火星創造條件。

俄羅斯「月球」系列計劃

俄羅斯探月努力自蘇聯解體後有過相當一段時間的停滯。蘇聯1976年發射了最後一台月球登陸器「月球24號」。隨著世界主要國家探月腳步加快,俄羅斯也再度開始推進自身的探月事業。俄羅斯雖然沒有載人登月計劃,但是至少準備在2025年之前將3款新式探測器送上月球。

俄羅斯國家航太公司表示,新航天器分別名為「月球25、26、27號」。俄方還表示希望能在2021年發射「月球25號」。俄羅斯國家航太公司稱,「月球25號」探測器應該可以在2021年3月完成,並計劃在同年10月1日左右發射。

與美國計劃相似,俄羅斯媒體介紹稱,「月球25號」也將在月球南極地區「找水」,並測試軟著陸等技術。俄羅斯媒體表示,「月球26號」和「月球27號」將在歐洲導航系統引導下在月球著陸,並對月球土壤、表面的岩石和塵埃開展採樣研究。俄羅斯預計「月球26號」和「月球27號」將分別在2024和2025年發射。另外,俄羅斯還準備繼續發射「月球28號」和「月球29號」,並運送月球車著陸以及採集更多月面標本。

歐洲雙管齊下的計劃

歐洲航天局的探月計劃既包含獨立自主研發部分,也有與多國、特別是美國合作的部分。脫歐之後的英國也會在具體項目層面繼續參與到歐洲和美國的太空計劃中去。

在大推力火箭方面,歐洲已經參與到美國新型大推力火箭的研發製造專案中,並將參與美國的載人登月計劃。與此同時,歐洲也在開發自己的月球登陸器,以及為最終在月球建立基地並進而探索火星做準備。

歐洲航天局近期聲明,已與歐洲火箭製造商達成合作協議,將在2025年前開始登月,並謀求最終建立月球基地。歐航局將使用這家火箭製造商的火箭攜帶登月所需的相關設備,還將開採月球表面的風化層。月球表面的風化層是一種可以提取水和氧氣的礦石,如果未來能有人類或機器人在月球駐紮,可以通過提取這些能源就地生產燃料,進而把月球基地當做深空探索的中轉站。比如在執行火星任務時,飛船可以先飛到月球,完成補給後再繼續前往火星。

印度「月船」計劃

印度空間研究組織2020年1月表示,「月船3號」探測器登月專案已啟動,各項工作「平穩運行」。據悉,「月船3號」將在「月船2號」基礎上展開,預計2020年底或2021年發射升空。

同期,印度首個載人航太飛行計劃——「加甘揚」計劃,也已經由印度空軍挑選4名男子送往俄羅斯接受訓練。「加甘揚」計劃2022年完成,屆時會將3名印度宇航員送入近地軌道,並在太空停留大約7天。

「月船2號」是印度第二個月球探測器。這一探測器2019年7月22日發射升空,但在9月7日嘗試在月球表面軟著陸時失聯。印度空間研究組織此後多次嘗試恢復通信未果,外界普遍懷疑「月船2號」著陸器已在月球表面墜毀。不過,作為任務的一部分,「月船2號」的軌道器仍停留在月軌,開展系列實驗。

日本「太空人」計劃

日本太空計劃類似歐洲,也是基於與各盟國合作和自主開發雙軌式推進。日本與美國簽署了協議,正式加入了美國主導的「阿耳忒彌斯」計劃,並希望最終能送日本「太空人」登月。

此前,日本太空人野口聰一已經成功參與美國宇航計劃進入國際空間站。此外,日本宇航研究開發機構也計劃在2022年送無人探測器登月觀測。

以色列「創世紀」計劃

以色列雖然國家不大,但是高科技發達。據以色列科技部介紹稱,準備在2024年之前發射「創世紀2號」登月。這也將是以色列所發射的第二個月球探測器。

以色列科技部還說,「創世紀2號」登月計劃將由以色列非營利機構「以色列太空登陸組織」、以色列航天局、以色列航空航太工業公司等合作完成。2019年2月,以色列首個月球探測器「創世紀」搭乘美國「獵鷹9」型火箭升空奔月。探測器由「以色列太空登陸組織」設計,在以色列航空航太工業公司、以色列科技部等機構支持下建成。在準備登月數分鐘前,探測器與地面失聯,撞向月表。


中國探月工程嫦娥五號任務回顧

11月24日凌晨,中國大陸文昌航太發射場。長征五號遙五運載火箭拖著長長的尾焰,用巨大的轟鳴打破海岸邊夜的寧靜,全速托舉大陸探月工程嫦娥五號探測器劃過夜空,邁出中國首次地外天體採樣返回的第一步。這是大陸探月工程「繞、落、回」三步走中的收官之戰,更是中國航太領域迄今為止最複雜、難度最大的任務之一。

為什麼要去月球「挖土」?

月壤即月球的土壤,對地球人來說蘊藏著巨大的科學價值。為了去月球「挖土」,主要航太國家都「很拼」。蘇聯月球16號探測器從月球取回了一塊101克的小樣本,月球20號探測器和月球24號探測器則分別採集到了55克與170克樣品。

xxx嫦娥五號月壤樣品容器。

1969年7月至1972年12月間,美國通過阿波羅11號到阿波羅17號載人飛船實施了7次載人登月任務,除了阿波羅13號因發生故障中途返回,其餘6艘飛船皆完成登月,成功將12名太空人送上月球,共帶回月壤和月岩樣品約382千克。

此次,嫦娥五號探測器由軌道器、返回器、著陸器、上升器四部分組成,任務的科學目標主要是開展著陸點區域形貌探測和地質背景勘察;對月球樣品進行系統、長期的實驗室研究,這次的目標是帶回約2千克月壤,實際帶回1千七百餘克。  

為什麼說嫦娥五號的每一步都「步步驚心」?

作為中國大陸探月工程「繞、落、回」三步走中的收官之戰,不同於嫦娥家族的其他探測器一去不復返,嫦娥五號將有望實現中國航太史上的多個「首次」。每個「首次」都意味著全新的挑戰,每一步都堪稱「步步驚心」。

一是首次月面自動採樣,兩種「挖法」齊上陣。這個階段,嫦娥五號將在月面選定區域著陸,並使出渾身解數採集月壤,實現中國首次月面自動採樣。來自中國航太科技集團五院的設計師們精心設計了兩種「挖土」模式:鑽取和表取。當順利軟著陸在月球表面,嫦娥五號就開始了為期約2天的月面工作。

xxx嫦娥五號探測器在月球表面自動採樣。

二是首次月面起飛上升,全靠嫦娥五號「自己完成」。當完成月面工作後,嫦娥五號就要回家了,但嫦娥五號想帶著月壤回來可不容易。眾所周知,運載火箭在地面起飛是有一套複雜的系統和龐大的地面隊伍作保障和支撐的。而月面起飛就完全不同,沒有一馬平川的起飛地,更沒有成熟完備的發射系統。

三是首次實現月球軌道交會對接,「千里穿針、一氣呵成」。當著陸器托舉上升器實現月面起飛上升後,嫦娥五號便開始一路飛奔。但僅靠上升器是不可能實現返回地球的,它需要飛到月球軌道上,在這裡與軌返組合體交會對接,把採集到的月壤轉移到返回器中。

xxx北京飛控中心大螢幕上的「嫦娥三號」著陸器、巡視器成功分離的畫面。

在38萬公里外的月球軌道上進行無人交會對接不僅在中國尚屬首次,也是人類航太史上的首次,這為嫦娥五號研製團隊帶來了極大的挑戰。為此,從上升器進入環月飛行軌道開始,一直到軌返組合體與上升器完成對接與樣品轉移為止,設計師們為嫦娥五號精心設計了交會、對接、樣品轉移、組合體運行、軌返組合體與對接艙分離等一系列關鍵動作,幫助嫦娥五號實現對接。

四是首次帶月壤高速再入返回地球,打一個「太空水漂」。當返回器帶著月壤,從38萬公里遠的月球風馳電掣般向地球飛來,這時它的飛行速度是接近每秒11公里的第二宇宙速度,而一般從近地軌道返回的航天器速度大多為每秒8公里的第一宇宙速度。

為此,嫦娥五號探測器的設計師們創新提出了半彈道跳躍式再入返回技術方案,就像「在太空打水漂一樣」,整個再入返回過程就是讓返回器先高速進入大氣層,再借助大氣層提供的升力躍出大氣層,然後以第一宇宙速度進入大氣層、返回地面。此外,月壤來到地球以後,也是中國首次大規模進行月壤樣品的處理、分析和研究。

xxx嫦娥四號著陸區地理實體命名影像圖。

從立項到發射,嫦娥五號經歷了近10年的艱辛奮鬥。三千六百多個日夜,十多萬人的努力和付出,終於迎來開花結果那一刻。1978年5月,美國送給中國大陸一塊1克重的月球岩石樣品,大陸官方決定一半用於科研、一半向公眾展出。拿著0.5克樣品,中國科學家用了4個多月發奮研究,很快就發表了14篇論文。

45年準備、論證,16年探月追夢。中國探月工程是高效、低投入、高產出的典範,與美國動輒數億美元的探測器相比,性價比極高。探月工程三期研製過程中,大陸國家航天局對後續的月球探測進行了論證,規劃了嫦娥七號和嫦娥八號任務,這兩次任務目標是建設月球科研站基本型。中國大陸向國際社會發出倡議,希望與世界各國合作,共建國際月球科研站,這將為月球科學探測和月球相關技術的實驗提供共用平台。

xxx北京航太飛行控制中心嫦娥五號任務飛控現場。

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