速遞！挑戰(zhàn)落月、火衛(wèi)采樣返回，日本抓緊深空探測(cè)

4月26日，日本初創(chuàng)公司ispace的探測(cè)器落月失敗，標(biāo)志著日本探月計(jì)劃再遭挫折。盡管如此，日本仍在規(guī)劃新的探月任務(wù)。此外，日本不惜尋求外援，推動(dòng)火星衛(wèi)星采樣返回任務(wù)。那么日本在深空探測(cè)曾取得過哪些突出成就？又面臨著怎樣的挑戰(zhàn)？日本為何如此看中深空探測(cè)任務(wù)呢？

【資料圖】

日本初創(chuàng)公司ispace的探測(cè)器落月失?。▉碓矗喝毡久襟w）

挑戰(zhàn)登月屢敗屢戰(zhàn)

本次任務(wù)失敗的日本著陸器名為“白兔-R”，原定登月點(diǎn)在阿特拉斯隕石坑內(nèi)，位于月球正面偏北方向。這個(gè)著陸器的命名來自日本民間文化，與我們的玉兔類似，也是為了紀(jì)念傳說中在月球上生活的白兔。該任務(wù)之所以選定月球正面著陸點(diǎn)，是因?yàn)樵虑虮坏厍虻囊Τ毕i定，自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)同步，始終只有正面朝向地球，探測(cè)器變軌機(jī)動(dòng)的復(fù)雜性會(huì)降低許多，一般也不需要實(shí)施中繼通信。

一般來說，探測(cè)器軟著陸月面的主要難點(diǎn)在于變推力發(fā)動(dòng)機(jī)，以色列、印度的月球著陸器都因動(dòng)力異常導(dǎo)致任務(wù)失敗。日本“白兔-R”的相關(guān)系統(tǒng)采購(gòu)自歐洲阿里安集團(tuán)，由1臺(tái)主發(fā)動(dòng)機(jī)和6臺(tái)較小的輔助推進(jìn)器構(gòu)成，需要在落月瞬間精準(zhǔn)地提供反推力，幫助著陸器減速。

有消息表明，“白兔-R”的高度計(jì)可能工作異常，“提前”顯示高度為0，反推措施啟動(dòng)過早，過度消耗推進(jìn)劑，導(dǎo)致著陸器下降速度迅速增加，很快信號(hào)中斷，也就是硬著陸。還有觀點(diǎn)認(rèn)為，“白兔-R”的著陸方案急于求成，沒留足冗余時(shí)間，難以應(yīng)對(duì)意外情況。當(dāng)然，具體故障原因仍有待調(diào)查。

日本探測(cè)器登月任務(wù)已經(jīng)不是首次失敗了。去年11月16日，日本首個(gè)計(jì)劃在月球表面著陸的探測(cè)器好客號(hào)搭乘美國(guó)SLS重型火箭升空，希望驗(yàn)證超小型探測(cè)器在月面“半硬著陸”的可能性。遺憾的是，該探測(cè)器很快與地面站通信失聯(lián)，未能進(jìn)行原計(jì)劃的機(jī)動(dòng)。

至于“白兔-R”，被宣傳為“日本首個(gè)商業(yè)登月任務(wù)”，而不是日本官方宇航機(jī)構(gòu)主導(dǎo)。著陸器的關(guān)鍵系統(tǒng)在美歐制造，組裝工作由4月剛完成股票上市的日本初創(chuàng)公司ispace負(fù)責(zé)，集成、測(cè)試是在德國(guó)完成的。然后著陸器被運(yùn)到美國(guó)卡角，由美國(guó)商業(yè)航天公司的獵鷹9火箭發(fā)射升空。

可以說，這種制造和運(yùn)營(yíng)模式也是為日本乃至西方后續(xù)的商業(yè)化登月任務(wù)“探路”，嘗試造就“花小錢辦大事”的典型，進(jìn)而找到商業(yè)航天領(lǐng)域的新增長(zhǎng)點(diǎn)。從這方面來看，“白兔-R”任務(wù)如果取得成功，其意義不僅限于使日本成為第四個(gè)成功實(shí)施月面軟著陸的國(guó)家，而是可以初步驗(yàn)證“非國(guó)家隊(duì)”主導(dǎo)月球探測(cè)、開發(fā)任務(wù)的可行性。

要知道，自從2019年靠私人募捐支持、由商業(yè)公司研發(fā)的以色列創(chuàng)世紀(jì)號(hào)著陸器登月失敗后，西方商業(yè)航天提出了很多勘探、利用月球資源的規(guī)劃，但外界仍持觀望態(tài)度。“白兔-R”不經(jīng)意間承擔(dān)著重任，而日本ispace公司表態(tài)不會(huì)放棄，月球著陸器的后續(xù)兩次任務(wù)計(jì)劃分別于2024年和2025年實(shí)施。

傳統(tǒng)強(qiáng)項(xiàng)瞄準(zhǔn)小天體

長(zhǎng)期以來，日本對(duì)航天深空探測(cè)事業(yè)的主要貢獻(xiàn)側(cè)重在小天體探測(cè)領(lǐng)域。

1986年，日本的先鋒號(hào)、彗星號(hào)、行星-A探測(cè)器在飛行一年左右后，陸續(xù)對(duì)哈雷彗星進(jìn)行了飛掠研究，開啟了日本深空探測(cè)的序幕，也是日本成為第三個(gè)獨(dú)立開展深空探測(cè)的國(guó)家。后續(xù)研究中，日本比較突出的深空探測(cè)成就要?dú)w功于隼鳥系列探測(cè)器。其中，隼鳥1號(hào)探測(cè)器瞄準(zhǔn)25143號(hào)小行星糸川，并帶回樣本，這是人類首次將小行星物質(zhì)帶回地球。隼鳥2號(hào)探測(cè)器的任務(wù)歷時(shí)6年，更加復(fù)雜，采集并帶回了龍宮小行星的樣本。

工作人員回收隼鳥2號(hào)探測(cè)器采集的樣本（來源：日本媒體）

借助于隼鳥系列探測(cè)器積累的經(jīng)驗(yàn)，日本航天總結(jié)出許多小行星探索領(lǐng)域的要點(diǎn)，或許對(duì)“后來者”有所幫助。比如，采集小行星樣本時(shí)，“隼鳥1號(hào)”簡(jiǎn)單地選擇降低高度，由于對(duì)小行星引力場(chǎng)估計(jì)有誤，導(dǎo)致探測(cè)器下降時(shí)險(xiǎn)象環(huán)生。此外，助推器揚(yáng)塵的干擾因素易被忽視，同樣會(huì)影響采樣工作?！蚌励B2號(hào)”改為向小行星表面發(fā)射金屬?gòu)椡瑁圃熳矒艨雍蛽P(yáng)塵，更安全、高效地獲得了小行星表面物質(zhì)。

這兩次任務(wù)奠定了日本航天在小行星探測(cè)領(lǐng)域的地位。可以認(rèn)為，日本在這方面的成就從某種程度上領(lǐng)先于美歐：當(dāng)“隼鳥1號(hào)”于2010年返回時(shí)，歐洲的羅塞塔號(hào)彗星探測(cè)器還沒抵達(dá)目標(biāo)天體；美國(guó)雖然在2006年迎來了星塵號(hào)彗星采樣探測(cè)器回歸，但造訪貝努小行星采樣的探測(cè)器預(yù)計(jì)今年返回，同樣晚于隼鳥系列探測(cè)器。

日本為何青睞研究小行星？任務(wù)目標(biāo)之一是找到潛在的生命起源答案。在“隼鳥1號(hào)”帶回的樣本中，科研人員發(fā)現(xiàn)了有機(jī)化合物。雖然后來確認(rèn)這些化合物是“非生物因素”形成的，但不影響人類繼續(xù)對(duì)小行星開展探索?？茖W(xué)界普遍認(rèn)為，小行星和彗星很可能充當(dāng)“生命種子”的傳輸平臺(tái)，尤其是在星際空間中轉(zhuǎn)移的小行星，甚至從理論上會(huì)把生命物質(zhì)從一個(gè)恒星系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)恒星系統(tǒng)。

為此，日本計(jì)劃在2024年發(fā)射命運(yùn)+探測(cè)器，嘗試對(duì)雙子座流星雨的母星體——3200號(hào)小行星法厄同進(jìn)行近距離研究，包括分析其周圍的塵埃，探尋塵埃的起源和性質(zhì)，解釋小行星物質(zhì)與早期地球上的有機(jī)化合物形成有何關(guān)聯(lián)……法厄同被天文愛好者稱為“最藍(lán)的小行星”，或許日本探測(cè)器有望揭示“神秘之藍(lán)”的緣由。

新任務(wù)新突破新挑戰(zhàn)

日本不僅嘗試在無(wú)人探測(cè)器登月方面驗(yàn)證制造和運(yùn)營(yíng)的新模式，還積極參與美國(guó)主導(dǎo)的“重返月球”計(jì)劃，將負(fù)責(zé)制造門戶繞月空間站的一些設(shè)備，甚至?xí)r隔10多年后重新招募航天員，希望借助美國(guó)的力量實(shí)現(xiàn)載人登月。

與此同時(shí)，日本計(jì)劃保持對(duì)小行星的探測(cè)力度，爭(zhēng)取采集更多更豐富的小行星樣品，還打算將這套經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ竭\(yùn)用在對(duì)火星系的研究上。

之所以說是火星系，是因?yàn)槿毡緵]有盲目地沖進(jìn)越來越熱門的火星探索大潮，而是將目標(biāo)鎖定在很可能成分近似的火衛(wèi)一上。預(yù)計(jì)2024年日本探測(cè)器將前往火衛(wèi)一，實(shí)施環(huán)繞、短暫著陸、采樣、返回等任務(wù)，甚至試圖在火衛(wèi)一上部署漫游車。為了避免錯(cuò)過發(fā)射“窗口”，日本在H-3火箭首飛失利后不惜尋求外援，考慮由美國(guó)獵鷹重型火箭發(fā)射的方案。

火衛(wèi)一照片（來源：歐空局）

從技術(shù)上看，在火衛(wèi)一上部署漫游車的難度較大。畢竟火衛(wèi)一的引力僅有地球的1/500，重25公斤的漫游車以自由落體方式著陸，登陸點(diǎn)充滿了偶然性，很可能碰撞損傷。為此，探測(cè)器需要事先充分掌握火衛(wèi)一的地貌、地質(zhì)、運(yùn)動(dòng)狀況等特征，對(duì)設(shè)備提出了較高的要求。

其實(shí)，日本深空探測(cè)很重視創(chuàng)新，往往選中國(guó)際同行較少涉足的領(lǐng)域，這與其小行星采樣返回任務(wù)的邏輯是一致的。

2010年，日本發(fā)射了本國(guó)第一個(gè)金星探測(cè)器破曉號(hào)，專注于研究金星濃厚的大氣層?？紤]到金星的自然條件比火星更不適合形成生命，外界普遍認(rèn)為其研究?jī)r(jià)值沒那么高，也可見日本在行星際探索領(lǐng)域“不走尋常路”。

當(dāng)時(shí)與“破曉號(hào)”同時(shí)發(fā)射的還有日本開發(fā)的伊卡洛斯號(hào)太陽(yáng)帆探測(cè)器。該探測(cè)器從距離金星表面約8萬(wàn)公里高度完成飛掠，在世界上率先驗(yàn)證了太陽(yáng)帆動(dòng)力。未來，太陽(yáng)光子加速推進(jìn)技術(shù)或許能夠成為深空探測(cè)的重要方式。

通過梳理日本深空探測(cè)的歷史和未來計(jì)劃，我們不難發(fā)現(xiàn)，日本航天任務(wù)不乏前瞻性，往往會(huì)在某個(gè)細(xì)分領(lǐng)域重點(diǎn)投入，取得不少成果，確立一定的國(guó)際領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。此外，日本深空探測(cè)經(jīng)?！傲肀脔鑿健?，一些新穎而有特色的項(xiàng)目提前“搶占”了多個(gè)世界第一，投入產(chǎn)出比不俗，保持著活力與競(jìng)爭(zhēng)力。（作者：林文杰）

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