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太丟臉! 美載人登月再遭質疑, 無人探月失敗: 中國幹得比美國好多了

2024-01-10科學

完全想不到,已經到了連印度探測器都已成功登月的2024年,美國在1972年阿波羅登月任務以來的第一個登月探測器居然失敗了,甚至都無法進入月球軌域,上一次失敗的俄羅斯還是在落月過程中失敗的,美國這次敗相實在是太難看了!

難怪在有網友在社交媒體上發出了良心的質問,美國在1969年真登月了嗎?不過更多的網友卻是擔心NASA正在執行的載人登月阿爾忒彌斯計劃,這次連月球軌域都進不去,下次載人登月別死的太難看就行!

遊隼號著陸器:到底出了什麽問題?

台北時間2024年1月8日15時18分,ULA從卡納維拉爾角太空軍基地SLC-41發射台使用火神運載火箭成功將遊隼號月球著陸器送入地月轉移軌域,這次發射備受關註,因為這是聯合發射聯盟 (ULA) 開發的「Vulcan Centaur」(火神半人馬座)火箭的首飛任務。

Vulcan Centaur是一種兩級入軌的火箭,近地軌域載荷27.2噸,地月轉移軌域12.1噸,主要使用者為美國太空部隊以及美國情報機構負責國家安全衛星發射,這是一種效能相當不錯的火箭,這次是自2023年3月29日以及6月7日兩次失敗推遲後的發射,因此備受美國新聞界關註。

而另一個備受關註的則是其載荷「Peregrine Mission One」(遊隼任務一號),因為這是阿波羅計劃以來美國制造的第一個月球著陸器,其制造商為「Astrobotic Technology」(天體機器人技術),是一家美國私營公司,正在開發太空機器人用於月球和行星任務的技術。

遊隼任務一號總質素1283千克,搭載了14個商業有效載荷,備受矚目的是NASA的NASA的6個載荷,另外還包括了墨西哥航天局以及卡內基梅隆大學以及德國航天中心的各個載荷,特別有意思的是還搞了多個骨灰膠囊,其中就包括【星際迷航】創始人吉恩·羅登伯裏和他的妻子馬傑爾的骨灰,總任務載荷重量為265千克。

火箭任務成功完成:衛星卻泄露了,這是啥技術?

美東時間1月8日淩晨 2時18分,火神火箭載著遊隼任務一號在卡納維拉爾角的41 a發射台出發了,這枚火箭在地月轉移軌域上有12噸多載荷的火箭發射總質素才1.3噸不到的載荷是異常輕松:

  • 火箭以VC2S配置發射:搭載兩個固體助推器和一個標準長度的整流罩;
  • 固體助推器於T+1分50秒分離。
  • 第一節火箭載T+4分59秒分離;
  • 上面級在T+5分15秒開始其首次點火,10分鐘將載荷送入近地軌域;
  • 上面級在T+43分35秒進行第二次點火並燃燒3分鐘;
  • 載荷於T+50分26秒成功與火箭分離,將載荷送入地月轉移軌域;
  • 在一切正常的狀態下,「遊隼一號」將會進入一條地月轉移軌域,將於1月23日「減速」進入環月軌域,並於46天後的2月23日著陸月球,然而這一次任務卻大大超出了美國人的預料,因為這次任務將會連月球軌域都無法進入!

    在發射7小時後Astrobotic就發現了傳感器回報了一個異常現象,探測器無法對準太陽,經過初步分析後確認探測器的發動機出現問題,導致姿態控制無法指向太陽!對航天器發射比較了解的朋友應該是了解問題的嚴重性了,探測器無法對準太陽意味著太陽能電池板無法獲得足夠的光照,也就是無法再太空取得源源不斷的電力,那麽接下來的事情可能就不太樂觀了。

    「遊隼一號」搭載了一塊鋰離子電池,這是在發射到太陽能電池展開前提供探測器基本電力的,盡管這塊電池有一定的余量,也就是說在接下來一段時間內仍然能提供足夠的電力,但時間卻開始倒計時了,目前Astrobotic就是寄希望於能修復姿態對準太陽,或者不穩定的姿態還能讓太陽能電池獲得部份電力以維持探測器最低消耗(以便地面控制人員修復探測器姿態控制問題)。

    然而接著傳來的訊息卻讓Astrobotic坐了過山車一般刺激,首先是在失去聯系前,Astrobotic確認「遊隼一號」已經修復姿態並對準了太陽,但緊接著發現了一個簡直就是致命的問題,姿態問題是燃料泄漏導致的,因為泄露的燃料產生了不規則的推力,導致探測器姿態失控。

    為了保證探測器的姿態,需要不斷消耗燃料來修正探測器的姿態以對準太陽,Astrobotic的工程師計算了燃料泄露與控制姿態的燃料消耗的速度,兩者相加的狀態下,探測器裝載的燃料最多可供消耗40小時。

    然而問題來了,成功進入月球軌域需要至少15天,也就是說「遊隼一號」完全堅持不到進入月球軌域的那天!不過這個訊息很快就被另一個訊息「更新」了,Astrobotic Technology表示,在升空24小時後,Astrobotic已經放棄了登月嘗試,燃料泄露非常嚴重,目前的計劃只是盡可能接近月球,為下一次任務積累更多的經驗。

    近十幾年來的登月任務:只有中印成功了

    「遊隼一號」是美國在1972年阿波羅登月任務以來的第一個登月探測器,但是卻不是全球的第一個登月探測器,因為最近幾十年登月的探測器可不少,筆者將近十幾年來登月的探測器羅列如下:

  • 2013年,中國嫦娥三號,月球軟著陸成功
  • 2018年,中國嫦娥四號,月球背面軟著陸成功,月球車還在執行中
  • 2019年,以色列創世紀號,因為主發動機故障,登月過程中失敗
  • 2019年,印度月船二號,在距離月球2.1公裏時失聯,後確認登月失敗
  • 2020年,中國嫦娥五號,月球采樣並返回,成功
  • 2022年,日本好客號探測器,與火箭分離後姿態異常,太陽能電池板無法工作,多次嘗試修正都沒起效,還沒到月球軌域就宣告失敗。
  • 2023年4月,日本白兔-R著陸器,在距離月面89米時與地面失去聯系,後經確認任務失敗;
  • 2023年8月,俄羅斯月球25號,著陸月球途中發動機開機時間過長導致墜毀,任務失敗。
  • 2023年8月,印度月船三號著陸探測器成功著陸月球;
  • 2024年1月,美國月球著陸探測器「遊隼一號」飛往月球途中燃料泄漏,將於40小時姿態失控直至電力耗盡失聯;
  • 中國次次成功,反而讓人覺得是常態了!比較意外的是印度成功了,在繼月船二號失敗後的月船三號成功無疑給了ISRO信心,航天探索是印度為數不多的成功專案之一,比如曼加利安號火星探測車,月船三號月球著陸器,不得不承認ISRO確實有進步!

    比較典型的反面案例有兩個,一個是時隔47年後「重返月球」的俄羅斯探測器「月球-25」,俄羅斯上一個月球探測器是月球-24,這是一個月球返回的探測器,帶回了170克月壤樣本,執行時間是1976年8月9日–1976年8月22日,距今已經有47年,這次俄羅斯重返月球,一是證明俄羅斯即使在俄烏戰爭期間仍然有能力探索月球,二是證明俄羅斯確實還有探索月球的技術。

    但是很遺憾,因為著陸發動機從正常工作的84秒延長到了127秒,導致減速過度直接撞毀在了月面,讓俄羅斯的「重返月球夢碎」,路透社指出這次失敗突顯俄羅斯在冷戰時代曾經輝煌的太空計劃,在蘇聯解體後今非昔比。

    然而讓人意想不到的是就在2024年1月8日,被稱為美國「重返月球」第一箭的「遊隼一號」死的比俄羅斯還慘,半道上就因為燃料泄漏放棄了登月任務,不知道這次路透社又將如何評價美國的這次登月,不過筆者要說的是,美國也是今非昔比,現在已經不同於阿波羅時代了,NASA老矣,尚能飯否?

    美國還能登月嗎:阿爾忒彌斯計劃任務前途暗淡?

    「遊隼一號」註定要失敗了,社交媒體上的各種說法也隨之而來,一個無人探測器都搞不定了,大家還能相信美國當年真的登上過月球?在這裏筆者簡單糾正一下,美國自從1970年代後還真是第一次執行無人探測器登月任務,因為1969年NASA完成的是載人登月任務再也沒有向月球發射過著陸探測器。

    當然前蘇聯在1966年2月也是完成了無人探測器登陸月球,此後多次成功,並且Luna 16探測器在1970年9月20日成功帶回了101克月壤樣品,所以說前蘇聯只是在載人登月任務上失敗了,但他們並沒有在無人探測器登月任務上失敗,並且此後還連續多次成功。

    這次「遊隼一號」任務失敗就直接唱衰NASA顯然也是不合適的,了解美國內航天發射體系的網友應該知道,除了NASA外有很多像SpaceX那樣的私營太空企業,有的是衛星研發企業,有的是火箭研發企業,還有的則是提供解決方案,而SpaceX則是一家全面發展的公司,從衛星制造到火箭發射都非常出彩!

    「遊隼一號」的制造商「Astrobotic Technology」(天體機器人技術)是一家美國私營公司,正在開發太空機器人用於月球和行星任務的技術。所以這次任務失敗並不代表NASA的失敗,在這個探測器上有NASA的載荷這是與NASA與Astrobotic Technology的合作專案,或者Astrobotic Technology向NASA購買的成熟產品而已。

    NASA不該背鍋:但中美登月競賽美國可能要輸了

    2023年11月30日,GAO(美國國家審計署)在官網釋出最新審計報告,對美國重返月球的阿爾忒彌斯計劃審計表明,該任務不可能在2027年前完成,多項工作已經嚴重滯後,特別是月球著陸系統以及宇航服上的進度難以確定,但令人憂慮的是中國載人登月計劃也在加緊進行,中美兩家將被迫進入二十一世紀的載人登月競賽。

    落到這般田地其實是美國自找的!因為美國本不需要和中國競爭,2004年美國「重返月球」的「星座計劃」確立時中國還在發射神舟六號,探月和天宮空間站都還沒影呢,中國盡管有登月三部曲計劃以及921航天工程的宏大目標,但載人登月在那會也就敢想一想。

    但是美國人實在太拖拉了,「星座計劃」在2009年被奧巴馬取消,蹉跎了7年之後的2016年「阿爾忒彌斯計劃」接上了,原本2020年登月好好的,結果使用太空穿梭機發動機的SLS(太空發射系統)屢屢跳票,連續推遲17次。

    此後阿爾忒彌斯計劃又將SpaceX的「星艦」納入了進來,還打算搞月球空間站,試圖以一己之力帶起國內的航天企業,順帶收割一波各國的航天熱情,但人算不如天算,這個計劃最終還是因為太過復雜導致超支與屢屢推遲,這次GAO的審計報告認為在2027年前不可能完成。

    中國已經官宣將在2030年前完成載人登月任務,目前中美已經因為美國拖拖拉拉進入了同一個梯隊,中國的登月任務比較簡單直接,目的是完成載人登月,中國沒有負擔而NASA有阿波羅登月的負擔,並且隨著任務執行,阿爾忒彌斯計劃可能還會有很多不確定的因素。

    不過也有一個非常有利的因素,因為阿爾忒彌斯計劃已經從NASA的計劃變成了中美航天競爭的面子工程,再也不用擔心因為資金超支被取消了,否則中國人就躺贏了,你說美國國會能答應不?