4月26日,日本初创公司ispace的探测器落月失败,标志着日本探月计划再遭挫折。尽管如此,日本仍在规划新的探月任务。此外,日本不惜寻求外援,推动火星卫星采样返回任务。那么日本在深空探测曾取得过哪些突出成就?又面临着怎样的挑战?日本为何如此看中深空探测任务呢?
【资料图】
日本初创公司ispace的探测器落月失败(来源:日本媒体)
挑战登月屡败屡战
本次任务失败的日本着陆器名为“白兔-R”,原定登月点在阿特拉斯陨石坑内,位于月球正面偏北方向。这个着陆器的命名来自日本民间文化,与我们的玉兔类似,也是为了纪念传说中在月球上生活的白兔。该任务之所以选定月球正面着陆点,是因为月球被地球的引力潮汐锁定,自转和公转同步,始终只有正面朝向地球,探测器变轨机动的复杂性会降低许多,一般也不需要实施中继通信。
一般来说,探测器软着陆月面的主要难点在于变推力发动机,以色列、印度的月球着陆器都因动力异常导致任务失败。日本“白兔-R”的相关系统采购自欧洲阿里安集团,由1台主发动机和6台较小的辅助推进器构成,需要在落月瞬间精准地提供反推力,帮助着陆器减速。
有消息表明,“白兔-R”的高度计可能工作异常,“提前”显示高度为0,反推措施启动过早,过度消耗推进剂,导致着陆器下降速度迅速增加,很快信号中断,也就是硬着陆。还有观点认为,“白兔-R”的着陆方案急于求成,没留足冗余时间,难以应对意外情况。当然,具体故障原因仍有待调查。
日本探测器登月任务已经不是首次失败了。去年11月16日,日本首个计划在月球表面着陆的探测器好客号搭乘美国SLS重型火箭升空,希望验证超小型探测器在月面“半硬着陆”的可能性。遗憾的是,该探测器很快与地面站通信失联,未能进行原计划的机动。
至于“白兔-R”,被宣传为“日本首个商业登月任务”,而不是日本官方宇航机构主导。着陆器的关键系统在美欧制造,组装工作由4月刚完成股票上市的日本初创公司ispace负责,集成、测试是在德国完成的。然后着陆器被运到美国卡角,由美国商业航天公司的猎鹰9火箭发射升空。
可以说,这种制造和运营模式也是为日本乃至西方后续的商业化登月任务“探路”,尝试造就“花小钱办大事”的典型,进而找到商业航天领域的新增长点。从这方面来看,“白兔-R”任务如果取得成功,其意义不仅限于使日本成为第四个成功实施月面软着陆的国家,而是可以初步验证“非国家队”主导月球探测、开发任务的可行性。
要知道,自从2019年靠私人募捐支持、由商业公司研发的以色列创世纪号着陆器登月失败后,西方商业航天提出了很多勘探、利用月球资源的规划,但外界仍持观望态度。“白兔-R”不经意间承担着重任,而日本ispace公司表态不会放弃,月球着陆器的后续两次任务计划分别于2024年和2025年实施。
传统强项瞄准小天体
长期以来,日本对航天深空探测事业的主要贡献侧重在小天体探测领域。
1986年,日本的先锋号、彗星号、行星-A探测器在飞行一年左右后,陆续对哈雷彗星进行了飞掠研究,开启了日本深空探测的序幕,也是日本成为第三个独立开展深空探测的国家。后续研究中,日本比较突出的深空探测成就要归功于隼鸟系列探测器。其中,隼鸟1号探测器瞄准25143号小行星糸川,并带回样本,这是人类首次将小行星物质带回地球。隼鸟2号探测器的任务历时6年,更加复杂,采集并带回了龙宫小行星的样本。
工作人员回收隼鸟2号探测器采集的样本(来源:日本媒体)
借助于隼鸟系列探测器积累的经验,日本航天总结出许多小行星探索领域的要点,或许对“后来者”有所帮助。比如,采集小行星样本时,“隼鸟1号”简单地选择降低高度,由于对小行星引力场估计有误,导致探测器下降时险象环生。此外,助推器扬尘的干扰因素易被忽视,同样会影响采样工作。“隼鸟2号”改为向小行星表面发射金属弹丸,制造撞击坑和扬尘,更安全、高效地获得了小行星表面物质。
这两次任务奠定了日本航天在小行星探测领域的地位。可以认为,日本在这方面的成就从某种程度上领先于美欧:当“隼鸟1号”于2010年返回时,欧洲的罗塞塔号彗星探测器还没抵达目标天体;美国虽然在2006年迎来了星尘号彗星采样探测器回归,但造访贝努小行星采样的探测器预计今年返回,同样晚于隼鸟系列探测器。
日本为何青睐研究小行星?任务目标之一是找到潜在的生命起源答案。在“隼鸟1号”带回的样本中,科研人员发现了有机化合物。虽然后来确认这些化合物是“非生物因素”形成的,但不影响人类继续对小行星开展探索。科学界普遍认为,小行星和彗星很可能充当“生命种子”的传输平台,尤其是在星际空间中转移的小行星,甚至从理论上会把生命物质从一个恒星系统转移到另一个恒星系统。
为此,日本计划在2024年发射命运+探测器,尝试对双子座流星雨的母星体——3200号小行星法厄同进行近距离研究,包括分析其周围的尘埃,探寻尘埃的起源和性质,解释小行星物质与早期地球上的有机化合物形成有何关联……法厄同被天文爱好者称为“最蓝的小行星”,或许日本探测器有望揭示“神秘之蓝”的缘由。
新任务新突破新挑战
日本不仅尝试在无人探测器登月方面验证制造和运营的新模式,还积极参与美国主导的“重返月球”计划,将负责制造门户绕月空间站的一些设备,甚至时隔10多年后重新招募航天员,希望借助美国的力量实现载人登月。
与此同时,日本计划保持对小行星的探测力度,争取采集更多更丰富的小行星样品,还打算将这套经验模式运用在对火星系的研究上。
之所以说是火星系,是因为日本没有盲目地冲进越来越热门的火星探索大潮,而是将目标锁定在很可能成分近似的火卫一上。预计2024年日本探测器将前往火卫一,实施环绕、短暂着陆、采样、返回等任务,甚至试图在火卫一上部署漫游车。为了避免错过发射“窗口”,日本在H-3火箭首飞失利后不惜寻求外援,考虑由美国猎鹰重型火箭发射的方案。
火卫一照片(来源:欧空局)
从技术上看,在火卫一上部署漫游车的难度较大。毕竟火卫一的引力仅有地球的1/500,重25公斤的漫游车以自由落体方式着陆,登陆点充满了偶然性,很可能碰撞损伤。为此,探测器需要事先充分掌握火卫一的地貌、地质、运动状况等特征,对设备提出了较高的要求。
其实,日本深空探测很重视创新,往往选中国际同行较少涉足的领域,这与其小行星采样返回任务的逻辑是一致的。
2010年,日本发射了本国第一个金星探测器破晓号,专注于研究金星浓厚的大气层。考虑到金星的自然条件比火星更不适合形成生命,外界普遍认为其研究价值没那么高,也可见日本在行星际探索领域“不走寻常路”。
当时与“破晓号”同时发射的还有日本开发的伊卡洛斯号太阳帆探测器。该探测器从距离金星表面约8万公里高度完成飞掠,在世界上率先验证了太阳帆动力。未来,太阳光子加速推进技术或许能够成为深空探测的重要方式。
通过梳理日本深空探测的历史和未来计划,我们不难发现,日本航天任务不乏前瞻性,往往会在某个细分领域重点投入,取得不少成果,确立一定的国际领先优势。此外,日本深空探测经常“另辟蹊径”,一些新颖而有特色的项目提前“抢占”了多个世界第一,投入产出比不俗,保持着活力与竞争力。(作者:林文杰)
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