挑戰(zhàn)落月、火衛(wèi)采樣返回，日本抓緊深空探測

4月26日，日本初創(chuàng)公司ispace的探測器落月失敗，標志著日本探月計劃再遭挫折。盡管如此，日本仍在規(guī)劃新的探月任務。此外，日本不惜尋求外援，推動火星衛(wèi)星采樣返回任務。那么日本在深空探測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任務呢？

日本初創(chuàng)公司ispace的探測器落月失敗（來源：日本媒體）

挑戰(zhàn)登月屢敗屢戰(zhàn)

本次任務失敗的日本著陸器名為“白兔-R”，原定登月點在阿特拉斯隕石坑內(nèi)，位于月球正面偏北方向。這個著陸器的命名來自日本民間文化，與我們的玉兔類似，也是為了紀念傳說中在月球上生活的白兔。該任務之所以選定月球正面著陸點，是因為月球被地球的引力潮汐鎖定，自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)同步，始終只有正面朝向地球，探測器變軌機動的復雜性會降低許多，一般也不需要實施中繼通信。

一般來說，探測器軟著陸月面的主要難點在于變推力發(fā)動機，以色列、印度的月球著陸器都因動力異常導致任務失敗。日本“白兔-R”的相關系統(tǒng)采購自歐洲阿里安集團，由1臺主發(fā)動機和6臺較小的輔助推進器構成，需要在落月瞬間精準地提供反推力，幫助著陸器減速。

有消息表明，“白兔-R”的高度計可能工作異常，“提前”顯示高度為0，反推措施啟動過早，過度消耗推進劑，導致著陸器下降速度迅速增加，很快信號中斷，也就是硬著陸。還有觀點認為，“白兔-R”的著陸方案急于求成，沒留足冗余時間，難以應對意外情況。當然，具體故障原因仍有待調(diào)查。

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

至于“白兔-R”，被宣傳為“日本首個商業(yè)登月任務”，而不是日本官方宇航機構主導。著陸器的關鍵系統(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負責，集成、測試是在德國完成的。然后著陸器被運到美國卡角，由美國商業(yè)航天公司的獵鷹9火箭發(fā)射升空。

可以說，這種制造和運營模式也是為日本乃至西方后續(xù)的商業(yè)化登月任務“探路”，嘗試造就“花小錢辦大事”的典型，進而找到商業(yè)航天領域的新增長點。從這方面來看，“白兔-R”任務如果取得成功，其意義不僅限于使日本成為第四個成功實施月面軟著陸的國家，而是可以初步驗證“非國家隊”主導月球探測、開發(fā)任務的可行性。

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)世紀號著陸器登月失敗后，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?！鞍淄?R”不經(jīng)意間承擔著重任，而日本ispace公司表態(tài)不會放棄，月球著陸器的后續(xù)兩次任務計劃分別于2024年和2025年實施。

傳統(tǒng)強項瞄準小天體

長期以來，日本對航天深空探測事業(yè)的主要貢獻側重在小天體探測領域。

1986年，日本的先鋒號、彗星號、行星-A探測器在飛行一年左右后，陸續(xù)對哈雷彗星進行了飛掠研究，開啟了日本深空探測的序幕，也是日本成為第三個獨立開展深空探測的國家。后續(xù)研究中，日本比較突出的深空探測成就要歸功于隼鳥系列探測器。其中，隼鳥1號探測器瞄準25143號小行星糸川，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號探測器的任務歷時6年，更加復雜，采集并帶回了龍宮小行星的樣本。

工作人員回收隼鳥2號探測器采集的樣本（來源：日本媒體）

借助于隼鳥系列探測器積累的經(jīng)驗，日本航天總結出許多小行星探索領域的要點，或許對“后來者”有所幫助。比如，采集小行星樣本時，“隼鳥1號”簡單地選擇降低高度，由于對小行星引力場估計有誤，導致探測器下降時險象環(huán)生。此外，助推器揚塵的干擾因素易被忽視，同樣會影響采樣工作?！蚌励B2號”改為向小行星表面發(fā)射金屬彈丸，制造撞擊坑和揚塵，更安全、高效地獲得了小行星表面物質(zhì)。

這兩次任務奠定了日本航天在小行星探測領域的地位?？梢哉J為，日本在這方面的成就從某種程度上領先于美歐：當“隼鳥1號”于2010年返回時，歐洲的羅塞塔號彗星探測器還沒抵達目標天體；美國雖然在2006年迎來了星塵號彗星采樣探測器回歸，但造訪貝努小行星采樣的探測器預計今年返回，同樣晚于隼鳥系列探測器。

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

為此，日本計劃在2024年發(fā)射命運+探測器，嘗試對雙子座流星雨的母星體——3200號小行星法厄同進行近距離研究，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化合物形成有何關聯(lián)……法厄同被天文愛好者稱為“最藍的小行星”，或許日本探測器有望揭示“神秘之藍”的緣由。

新任務新突破新挑戰(zhàn)

日本不僅嘗試在無人探測器登月方面驗證制造和運營的新模式，還積極參與美國主導的“重返月球”計劃，將負責制造門戶繞月空間站的一些設備，甚至時隔10多年后重新招募航天員，希望借助美國的力量實現(xiàn)載人登月。

與此同時，日本計劃保持對小行星的探測力度，爭取采集更多更豐富的小行星樣品，還打算將這套經(jīng)驗模式運用在對火星系的研究上。

之所以說是火星系，是因為日本沒有盲目地沖進越來越熱門的火星探索大潮，而是將目標鎖定在很可能成分近似的火衛(wèi)一上。預計2024年日本探測器將前往火衛(wèi)一，實施環(huán)繞、短暫著陸、采樣、返回等任務，甚至試圖在火衛(wèi)一上部署漫游車。為了避免錯過發(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，登陸點充滿了偶然性，很可能碰撞損傷。為此，探測器需要事先充分掌握火衛(wèi)一的地貌、地質(zhì)、運動狀況等特征，對設備提出了較高的要求。

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

2010年，日本發(fā)射了本國第一個金星探測器破曉號，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，外界普遍認為其研究價值沒那么高，也可見日本在行星際探索領域“不走尋常路”。

當時與“破曉號”同時發(fā)射的還有日本開發(fā)的伊卡洛斯號太陽帆探測器。該探測器從距離金星表面約8萬公里高度完成飛掠，在世界上率先驗證了太陽帆動力。未來，太陽光子加速推進技術或許能夠成為深空探測的重要方式。

通過梳理日本深空探測的歷史和未來計劃，我們不難發(fā)現(xiàn)，日本航天任務不乏前瞻性，往往會在某個細分領域重點投入，取得不少成果，確立一定的國際領先優(yōu)勢。此外，日本深空探測經(jīng)?！傲肀脔鑿健保恍┬路f而有特色的項目提前“搶占”了多個世界第一，投入產(chǎn)出比不俗，保持著活力與競爭力。（作者：林文杰）