日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)于1月20日宣布,小型月球着陆实证机“SLIM”成功实现了日本首次的月面软着陆。
迄今为止,前苏联(1966年)、美国(同年)、中国(2013年)和印度(2023年)已成功实现了月面着陆,日本成为第五个实现此成就的国家。
然而,在着陆成功后约2小时举行的新闻发布会上,JAXA宣布搭载在“SLIM”上的太阳能电池目前没有正常发电,机器正在使用电池驱动,但预计电源仅能维持数小时。
按计划,SLIM将在月球的“白天”使用太阳能电池发电,在直到机器因过热导致电气系统等功能失效为止的数日内,使用搭载的多波段分光相机(MBC)对周围的玄武岩(富含玄武岩矿物的岩石)进行拍摄,以探索月球的起源。
日本宇宙科学研究所的所长国中均在新闻发布会上评论说,这次任务“满分100分勉强及格60分”。
尽管着陆成功,但太阳能电池未能工作,这影响了SLIM的目标之一——“世界首次精确定点着陆”是否成功,以及从SLIM传回的数据量将受到何种影响。现在让我概述一下这次任务的三个重点。
<(1)世界首次精确定点着陆能否确认成功?>SLIM,正式名称为“用于月球探测的智能着陆器”,旨在实现①精确定点着陆和②减轻着陆所需设备的重量。
以往的月面着陆精度从几公里到十几公里不等,而SLIM的目标是实现世界首个百米级精确度,打出的口号是“从‘降落在容易的地方’到‘降落在指定的地方’”。此外,该探测器非常紧凑,高度约2.4米,除燃料外仅重约200公斤,考虑到未来高频度的月球探测任务,从成本削减的角度出发设计成了小型轻便的造型。
去年9月7日,SLIM从种子岛宇宙中心发射升空,利用月球重力改变轨道,同时节省能量,并于12月25日成功进入绕月轨道。2024年1月20日凌晨0时左右,开始从15公里的高度下降着陆。目的地点是“神酒の海”附近的“SHIOLI(シオリ)环形山”。这个地点被选中是因为适合验证SLIM的高精度着陆技术和着陆后使用多波段分光相机进行科学观测。
由于月球上没有GPS,为了实现高精度着陆,SLIM引入了一个系统,该系统通过对照自身拍摄的图像和预先准备的月面地图来确定自己的位置,并在必要时修正轨道。此外,为了提高着陆成功率,如果遇到可能成为障碍的岩石,SLIM可以不依赖地面操作员,自主判断避开。
JAXA的YouTube频道对着陆过程进行了现场直播。在与观众共享的控制(远程测量)屏幕上显示,SLIM几乎精确地按照预定轨道飞行,并于上午0时20分按计划到达月面。
随后,JAXA在新闻发布会上宣布,SLIM在着陆后建立了通信,并正常接收来自地球的指令。此外,搭载的带摄像头的超小型探测车“LEV-1”和“LEV-2”的分离也得到了确认,因此可以宣布SLIM的月面着陆成功。然而,随后对整个机器进行检查时发现太阳能电池没有发电。
国中所长表示:“在月球轨道上时,太阳能电池板正常工作,我们没有想到着陆时只有太阳能电池板受损。”他解释说:“太阳能电池没有启动的原因可能是太阳能板没有朝向预期的方向。”
在计划阶段,SLIM曾考虑过圆柱形设计,即全周都装有太阳能电池板,但最终采用了一种斜面设计,探测器会自发在月面“卧倒”变成类似乌龟的形状。
由于太阳能电池板只安装在“甲壳”部分,如果“甲壳”翻转导致太阳能电池板朝下,那么太阳能电池板可能无法接收到阳光,从而无法发电。
JAXA在SLIM项目的资料中说明,虽然“是否成功着陆可以立即知晓,但要判定是否精确定点着陆,需要分析着陆时的数据以及SLIM拍摄的附近图像,这可能需要一个月左右的时间。”
尽管太阳能电池的功能尚未恢复,国中所长表示:“根据直觉,我认为以100米的精度实现精确定点着陆的可能性很高。”
关于未来的情况,JAXA回应到即使电池耗尽导致探测器本体功能丧失,只要太阳的方向改变,阳光照射到SLIM的太阳能电池板上,就有可能发电并恢复功能。此外,关于目前SLIM的姿态和状态,分离的LEV-1和LEV-2可能拍摄到了相关照片,这有可能帮助最终查明原因,人们对此寄予厚望。
<(2)对“解开月球起源之谜”任务的影响太阳能电池功能丧失对精确定点着陆的判定影响较小,但预定在着陆后进行的“多波段分光相机观测玄武岩”的计划受到了重大打击。
月球是如何形成的,为什么地球有一个“这么大的卫星”,至今仍是一个谜。
关于月球的起源有多种说法,最有力的是“巨大撞击说”,即约46亿年前,地球形成后不久,一个与火星大小相当的原始行星“忒伊亚”与地球发生碰撞,忒伊亚的碎片和地球地幔的碎片结合形成了月球。去年11月,加州理工学院等研究团队在《自然》杂志上发表了地球内部可能残留有忒伊亚残骸的说法,引起了广泛关注。
然而,也有研究者主张“捕获说”(也称为飞来假说),即在完全不同的地点形成的小天体飞来并被地球重力捕获。
仅凭地球上的物质和阿波罗计划带回的“月球岩石”难以进一步下定论,因此人们期待着对月球表面未受陨石撞击和风化影响的“来自月球地幔的岩石(玄武岩)”进行研究。
此次,SLIM搭载了多波段分光相机,计划识别月球主要矿物如辉石和斜长石以及玄武岩,并观测着陆点周围的岩石和月壤(月球表面的土壤)。着陆点是根据JAXA的月球观测卫星“Kaguya”曾经全球调查的玄武岩分布数据等选择的。
如果能够了解岩石中玄武岩的比例和化学成分(铁和镁的比例),就能推测出月球地幔的组成。通过与地球地幔的比较,进行巨大撞击的模拟,就能进一步逼近月球起源之谜。甚至有可能进一步发展到太阳系形成理论。
本来,多波段分光相机计划在着陆后数天内,利用2轴旋转装置、确保高空间分辨率的对焦装置、切换带通滤光片的装置等,寻找并拍摄最适合观测的样本。
但由于电池仅剩数小时,电力优先用于发送SLIM内部积累的着陆数据。多波段分光相机的拍摄将仅限于偶然进入视野的物体,为了节电,镜头旋转功能也可能未使用。
这意味着,与月球起源解谜相关的任务规模不得不大幅缩小。
(3)日本是否向世界展示了宇宙开发方面的技术实力?承担了SLIM发射的H2A火箭的成功率高达97.9%,表现非常优秀。但近年来,小型固体燃料火箭“Epsilon”6号机发射失败(2022年10月)、超小型月球探测器“OMOTENASHI”因通信中断放弃月球着陆(同年11月)、H3火箭初号机发射失败(2023年3月)、民间企业iSpace的探测器在月球表面硬着陆(同年4月)、小型固体燃料火箭“Epsilon S”在开发中的燃烧试验中发生爆炸事故(同年7月)等事件接连不断,动摇了人们对日本技术实力的信心在。
至于美国宇航局(NASA)主导的有人月球探测国际项目“阿尔忒弥斯计划”以及预计到2040年将达到1万亿美元规模的宇宙商业市场,日本要想提升存在感,月球着陆,尤其是世界首创的精确定点着陆的成功,将是向世界各国展示其宇宙开发技术实力的绝佳机会。
JAXA在讨论宇宙开发中的国际关系时,经常使用“竞争与合作”这个词。在像阿尔忒弥斯计划这样的国际合作项目中进行合作的同时,也意味着日本希望凭借自身的技术力量在宇宙开发中建立优势地位。
如果精确定点着陆成功,那么对于被认为是月面基地候选地点、地形复杂且着陆困难的极地区域的接近,将做出巨大贡献。国中所长表示:“如果能在月面实现精确定点着陆,那么对于火星探测,我们也期待能够实现“同等程度”的精确定点着陆。”他对未来充满期待并投入了大量精力。
由于地球与月球的距离(约38万公里)和地球与火星的距离(最近时约5500万公里)不同,以及月球和火星的重力(月球为地球的六分之一,火星为地球的三分之一)也不同,即使在月球上实现了100米以内的精确定点着陆,也不能保证同样的技术在火星上也能实现100米以内的精度,因此使用了“同等程度”这个词。
根据JAXA事先公布的SLIM计划的“成功标准”,最低限度的成功是月面着陆成功,而完全成功则是实现100米以内的高精度着陆。
由于未能实现额外的任务(即在月面日落前一定时间内完成月面探测活动),记者会上的山川宏理事长、国中所长、藤本正树副所长面上并没有笑容。当记者指出这一点时,他们评论说:“太阳能电池的问题让人无法不在意。”
在世界各国宇宙开发竞争日益激烈的背景下,日本能否引领“根据探测目的选择合适的着陆地点”的时代呢?大家的看法是什么呢?