我國(guó)又有大動(dòng)作！月球也要有導(dǎo)航系統(tǒng)了？

近期，中國(guó)、美國(guó)、俄羅斯、歐空局、韓國(guó)、印度等國(guó)家和組織相繼發(fā)布了一系列探月規(guī)劃，其中不乏新穎的亮點(diǎn)，比如建設(shè)月球通信導(dǎo)航星座，利用低軌探測(cè)器、跳躍探測(cè)器等手段尋找水冰資源。新一輪探月活動(dòng)即將拉開(kāi)大幕，相比之前大家耳熟能詳?shù)慕?jīng)典探月任務(wù)，新任務(wù)有何不同之處？預(yù)計(jì)新任務(wù)又會(huì)應(yīng)用哪些新技術(shù)、新思路呢？

01

打造月球版衛(wèi)星導(dǎo)航

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在地面導(dǎo)航、通信、資源探測(cè)等活動(dòng)中發(fā)揮著重要作用。擁有完全自主的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是每一個(gè)航天大國(guó)追求的目標(biāo)。為了支持在月球表面開(kāi)展更復(fù)雜的任務(wù)，更好地對(duì)月球進(jìn)行全面勘測(cè)，建設(shè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)延伸到了月球附近。

通信導(dǎo)航衛(wèi)星服務(wù)探月任務(wù)示意圖

國(guó)家航天局曾公布，我國(guó)正在論證構(gòu)建環(huán)月球通信導(dǎo)航衛(wèi)星星座，首次發(fā)射可能在 2024 年左右進(jìn)行。簡(jiǎn)單地說(shuō)，這將是月球版北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，可以為未來(lái)月面作業(yè)提供中繼通信、導(dǎo)航等服務(wù)，為接下來(lái)更復(fù)雜的探月任務(wù)提供信息支持。

歐空局同樣啟動(dòng)了在繞月軌道上建立一個(gè)導(dǎo)航和通信衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的計(jì)劃，而在這方面“走得最快”的還是美國(guó)宇航局。2022 年 6 月 28 日，美國(guó)“頂石”探測(cè)器升空，這也是美國(guó)近 10 年來(lái)首次成功發(fā)射月球探測(cè)器。作為“阿爾忒彌斯計(jì)劃”的先行者，這個(gè)只有微波爐大小的探測(cè)器被宣傳為“世界上第一顆月球?qū)Ш叫l(wèi)星”，這標(biāo)志著美國(guó)打造月球版 GPS 進(jìn)入了實(shí)質(zhì)性部署階段。

可能有人感到奇怪：月球上無(wú)人居住，也沒(méi)有汽車(chē)行駛，對(duì)導(dǎo)航的應(yīng)用需求極少，為什么一定要打造復(fù)雜的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)呢？

實(shí)際上，如果只是探測(cè)月球正面的話，那么在近地軌道上運(yùn)行的導(dǎo)航衛(wèi)星就能滿足任務(wù)需求了。但探測(cè)月球兩極和背面時(shí)無(wú)法借助傳統(tǒng)的導(dǎo)航衛(wèi)星，人類(lèi)有必要向月球發(fā)射特殊的“信使”。

如今，人類(lèi)正在邁入月球探索與開(kāi)發(fā)的新時(shí)代，月面活動(dòng)將越來(lái)越多。未來(lái)諸多無(wú)人探測(cè)器和載人航天器會(huì)成功登月，在復(fù)雜的月球表面上行動(dòng)，邁出更多的“個(gè)人一小步、人類(lèi)一大步”。這些都需要更加精準(zhǔn)的導(dǎo)航信息、更加流暢的大容量通信保障，所以建設(shè)完善的月球通信導(dǎo)航星座是必不可少的。

02

為月球精準(zhǔn)“畫(huà)像”

近年來(lái)，多國(guó)提出了對(duì)月球勘測(cè)軌道器的新需求。由于在低軌道繞月飛行，它可以提供高精度月球數(shù)字標(biāo)高地圖，還能夠輔助勘測(cè)可能的著陸點(diǎn)，評(píng)估月球上的水和其他資源（包括可以用來(lái)發(fā)電的太陽(yáng)光照情況），分析未來(lái)航天員可能面對(duì)的輻射環(huán)境等。

美國(guó)宇航局在 21 世紀(jì)初出臺(tái)“新太空探索計(jì)劃”，首個(gè)任務(wù)就是 2009 年發(fā)射月球勘測(cè)軌道飛行器。它運(yùn)行在50公里高的極月軌道上，傳回了全天候月溫圖、月面大地坐標(biāo)、高分辨率彩色圖片、月面紫外返照率等大量信息資料。未來(lái)，美國(guó)宇航局還規(guī)劃發(fā)射核動(dòng)力月球車(chē)，爭(zhēng)取從月背采集更多樣品，由航天員送回地球。

2022 年 12 月 27 日，韓國(guó)首個(gè)月球軌道探測(cè)器“賞月號(hào)”成功進(jìn)入預(yù)定繞月軌道。耐人尋味的是，韓國(guó)航空宇宙研究院曾希望將“賞月號(hào)”的軌道高度調(diào)整為300公里，以便早日入軌，卻在美國(guó)宇航局堅(jiān)持下，使軌道高度維持在最初的目標(biāo) 100 千米。原來(lái)，“賞月號(hào)”攜帶了美國(guó)宇航局的陰影相機(jī)，通過(guò)使用高分辨率攝像頭觀測(cè)月面，重點(diǎn)對(duì)月球南極永久陰影區(qū)進(jìn)行精確成像，將幫助“阿爾忒彌斯計(jì)劃”選定登月點(diǎn)和水冰痕跡，并服務(wù)計(jì)劃于 2032 年發(fā)射的韓國(guó)月球著陸器。

韓國(guó)首個(gè)月球軌道探測(cè)器“賞月號(hào)”

“賞月號(hào)”從繞月軌道上拍攝“地出”

盡管遭遇了“月船 2 號(hào)”的失敗，但印度并未放棄探月雄心。今年初，印度空間組織宣布，印度第三次探月任務(wù)將在今年底或明年初發(fā)射。今年 2 月，印度月船三號(hào)著陸器通過(guò)了電磁干擾和電磁兼容測(cè)試，3 月完成了關(guān)鍵振動(dòng)和聲學(xué)環(huán)境測(cè)試，并增加了更多保障措施。未來(lái)，月船三號(hào)推進(jìn)艙將主要承擔(dān)中繼通信任務(wù)，配合執(zhí)行環(huán)月遙感任務(wù)的月船二號(hào)推進(jìn)艙，共同支持重約 26 千克的月球車(chē)在月面工作半個(gè)月左右，從而為印度下一步探月任務(wù)提供更詳盡的第一手資料。

各國(guó)更多探月任務(wù)正在推進(jìn)中，普遍希望獲取豐富的月球信息，繪制更精細(xì)的“月亮女神畫(huà)像”。我國(guó)今年將全面推進(jìn)探月工程四期。未來(lái)，“嫦娥六號(hào)”將從月球背面采集更多樣品，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn) 2000 克的目標(biāo)。

日本的“白兔-R”已在今年 3 月底成功進(jìn)入環(huán)月軌道，預(yù)計(jì) 4 月底這款商業(yè)航天著陸器將攜帶阿聯(lián)酋首輛月球車(chē)、日本小型機(jī)器人落入月球正面北部阿特拉斯隕石坑，研究月壤、月巖和塵埃運(yùn)動(dòng)以及月面的等離子體狀況。

略顯尷尬的是美國(guó)的“月球手電筒”，這顆立方星由“白兔-R”搭載，原計(jì)劃進(jìn)入距月面最近約 15 千米的繞月軌道，通過(guò)紅外激光器和新型激光反射儀從月球南極永久陰影區(qū)尋找水冰資源?？上湓跍y(cè)試“綠色推進(jìn)劑”時(shí)遭遇故障，迫使“月球手電筒”的任務(wù)從繞月飛行降級(jí)為月球飛掠。

03

飛躍探測(cè)月面奧妙多

據(jù)公開(kāi)資料顯示，我國(guó)“嫦娥七號(hào)”準(zhǔn)備著陸月球南極，開(kāi)展飛躍探測(cè)，尋找水資源。而未來(lái)“嫦娥七號(hào)”“嫦娥八號(hào)”將組成月球南極科研站基本型，包括月球軌道器、著陸器、月球車(chē)、飛躍器及若干科學(xué)探測(cè)儀器。此外，國(guó)外多家商業(yè)航天公司公布了使用跳躍機(jī)器人勘測(cè)月球表面的計(jì)劃。

未來(lái)月球飛躍探測(cè)器有望發(fā)揮更大作用

那么飛躍探測(cè)、跳躍探測(cè)是什么意思？這類(lèi)航天器執(zhí)行任務(wù)有什么獨(dú)特優(yōu)勢(shì)呢？

目前，登上外星球的探測(cè)器可以分為著陸器和巡視器兩大類(lèi)。著陸器將巡視器送到外星球表面后，就已經(jīng)初步完成任務(wù)。巡視器可以離開(kāi)著陸點(diǎn)探測(cè)，但受限制較大。傳統(tǒng)的月球車(chē)除了在月夜休息外，還需要頻繁避開(kāi)月面巖石、坑洞、坡道等障礙，行駛過(guò)程如履薄冰，不可能“飆車(chē)”。

如果月球探測(cè)器可以“跳起來(lái)”，在月面上反復(fù)著陸和行進(jìn)，無(wú)疑能夠顯著提高探測(cè)效率和綜合效益。此外，月球表面一些區(qū)域情況不明，無(wú)法派遣傳統(tǒng)的月球車(chē)進(jìn)行探測(cè)，而月球飛躍探測(cè)器將在觀測(cè)復(fù)雜地形時(shí)具備獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

更進(jìn)一步，月球飛躍探測(cè)器可以直接“飛”進(jìn)永久陰影區(qū)，只需事先利用軌道器搭載的微波成像雷達(dá)，對(duì)永久陰影區(qū)進(jìn)行高分辨率成像，以便詳細(xì)規(guī)劃空中與著陸路徑。預(yù)計(jì)它完成一次永久陰影區(qū)探測(cè)任務(wù)后，就可以回到光照區(qū)進(jìn)行充電，以備執(zhí)行下一次任務(wù)。

當(dāng)然，為了應(yīng)對(duì)復(fù)雜的月面情況，月球飛躍探測(cè)器不能完全依賴太陽(yáng)能，可以考慮提前儲(chǔ)備一些燃料，且在關(guān)鍵時(shí)刻使用。未來(lái)，月球飛躍探測(cè)器如果有望利用核能技術(shù)，工作持續(xù)性和效率必將大幅提升。

即便如此，想要讓月球飛躍探測(cè)器和跳躍機(jī)器人在月球表面正常運(yùn)行，仍是不容易的事。畢竟月球沒(méi)有稠密的大氣層，探測(cè)器頻繁“起飛”難度不小，著陸時(shí)緩沖不足，風(fēng)險(xiǎn)更大。為此，科研人員還需要付出更艱苦的努力。

隨著航天技術(shù)進(jìn)步，相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，我們就能看到探測(cè)器以飛躍或跳躍的姿態(tài)為月球表面“增添動(dòng)感”，揭開(kāi)更多月球奧秘，進(jìn)而為月球資源探測(cè)開(kāi)發(fā)、月球基地建設(shè)以及人類(lèi)長(zhǎng)期駐留月球打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

放眼未來(lái)，探月活動(dòng)必將在前進(jìn)或挫折中不斷呈現(xiàn)新亮點(diǎn)，吸引大眾關(guān)注。因?yàn)樗粌H擴(kuò)展了人類(lèi)的觀察視野和活動(dòng)空間，還促進(jìn)了科技發(fā)展和成果應(yīng)用推廣，在很大程度上引領(lǐng)了前沿科技潮流，更滿足了人類(lèi)進(jìn)步的核心動(dòng)力——好奇心。

來(lái)源：中國(guó)航天報(bào)

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