人类探测器密集奔月，月球南极为何成落月热门目的地
近期，人类月球探测器密集奔赴月球，标志着新一轮探月热已经到来。探月国家增多、国际合作增强、商业探月兴起，成为本轮探月热潮的新趋势。
探月高潮的背后，无不是各国厉兵秣马多年的技术积累，凸显了月球在未来科技发展与资源开发利用方面的战略地位。随着人类探索宇宙的日益深入，探月的科学内涵还将不断扩展，甚至会超越月球本身。
——编者
▲玉兔号月球车在月面用全景相机拍摄的嫦娥三号着陆器。
新一轮探月热正在全球兴起。
7月14日，印度“月船-3”探测器发射升空，于8月23日晚在月球南极表面软着陆。8月11日，俄罗斯“月球-25”踏上奔月征程，遗憾于19日撞月失联。这是俄罗斯时隔47年再次发射月球探测器，任务前半段基本顺利，但落月的最后一次轨道调整出现问题，只差临门一脚。
今天，日本将发射“小型月球探测智慧着陆器”，它有望成为日本的落月“首秀”。
按计划，美国直观机器公司“新星-C”（Nova-C，又译“诺瓦-C”）月球着陆器将于11月15日发射。它是美国航空航天局（NASA）“商业月球有效载荷服务计划”的第一个着陆器，有可能成为第一个在月球着陆的美国私营公司探测器。年底，美国拟用新研制的“火神-半人马座”火箭发射航天机器人技术公司的“游隼-1”着陆器。
这轮探月高潮涌起的背后，无不是世界各国多年厉兵秣马的技术积累。探月在未来科技发展与资源利用中的战略地位愈加凸显。
日本努力多年
再度冲击“成功落月”
日本对探月的兴趣由来已久。早在1990年1月24日，日本率先打破美苏对探月的垄断，发射了首个月球探测器“飞天号”，成为第三个发射月球探测器的国家。
日本的月球轨道器曾实现过一次撞月。2007年9月13日，日本发射“月女神”月球轨道器，在经历了约10个月的定期运行和7个半月的后期运行后，于2009年6月11日撞月。
2022年11月16日，日本首个月球着陆器“好客号”承载着首次落月探测的希望，搭乘美国“航天发射系统”重型火箭升空。6天后，日本宣布“好客号”任务失败。不过，与“好客号”一起升空的日本超小型月球轨道器“小马座”目前运行正常。
作为全球首个商业登月任务，去年12月11日，日本民营航天公司ispace“白兔-R”M1月球着陆器搭乘美国“猎鹰-9”火箭发射升空。不过，今年5月26日，ispace宣布着陆月球任务失败。搭乘在该着陆器上的阿联酋第一个月球探测器“拉希德号”月球车任务也宣告失败，阿联酋探月初试由此夭折。
▲日本“小型月球探测智慧着陆器”。
这一次，日本使用H-2A运载火箭从种子岛航天中心发射“小型月球探测智慧着陆器”，旨在验证精准的月球软着陆技术。
这台着陆器长1.7米、宽2.7米、高2.4米，研发费用达180亿日元。它将在月球正面风暴洋马吕斯山区域的一个小陨石坑（月球南纬13°和东经25°）软着陆，着陆精度优于百米。
“小型月球探测智慧着陆器”将对月球表面多个地点进行拍摄，运用数码相机的面部识别技术检出环形山，并通过之前由“月女神”轨道器收集的数据来确定着陆器当时的位置。为了实现精确着陆，它可通过雷达测量高度，并借助传感器感测自身倾斜度。
着陆后，这台着陆器将用多波段相机评估当地的矿物环境，尤其是月面上的橄榄石，它可能起源于月幔。着陆器还装有一个小型激光反射器阵列，专家将借助它考察月球环境及资源能否供人类利用，并对将航天员送上月球开展长期活动的可能性进行研究，也为无人探测器考察火星积累经验。
作为参加美国阿尔忒弥斯（Artemis）计划的一部分，日本还将在美国帮助下把航天员送上月球空间站，并期待登上月球。今年7月21日，丰田汽车公司透露，正与日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）联合研制重约10吨的载人加压月球漫游车，计划于2029年用美国火箭发射，用于支持美国抓总的阿尔忒弥斯月球探索计划。
月球南极首落
印度俄罗斯竞争激烈
最近一二十年，印度一直在为亚洲探月霸主地位而努力，近年来更是在落月探测上与日本展开激烈竞争。
2008年10月22日，印度发射了第一个月球探测器“月船-1”轨道器。2019年7月22日，又发射了“月船-2”尝试着陆月球，但在着陆时刻以失败告终。
今年7月14日，印度发射“月船-3”，以期完成“月船-2”未完成的任务。因此，“月船-3”的着陆点与“月船-2”相同，着陆器和月球车设计也相似，但着陆器上的800牛着陆缓冲发动机数量从原来的5台减少到4台，以降低系统的复杂程度，减少故障率。
▲地面上的印度“月船-3”探测器。
为提高着陆成功率，“月船-3”重新匹配了姿控发动机，将其姿态修正能力整整提高了一倍，并增加了多普勒激光测速仪，以实时测定着陆器的三维姿态。此外，其飞控软件和紧急控制系统也得到了加强，以应对着陆时可能出现的意外。
同时，印度还简化了留轨的推进舱，将减重额度用于增加着陆器的推进剂，并设计了错过预定登陆地点后扩大范围随机登陆的“失败模式”。
由于印度目前推力最大的地球同步轨道运载火箭MK-III的地月转移轨道运载能力仅约2吨，无法将“月船-3”直接送入地月转移轨道，因此“月船-3”进入地球轨道后要靠自身发动机多次点火加速变轨，才能进入地月转移轨道。
所以，“月船-3”在发射20多天后的8月5日才进入月球轨道，8月17日进入100千米高度的环月极地轨道。此时开始，装有月球车的维克拉姆着陆器与推进舱分离，进入距离月面35至100千米的椭圆轨道，为在月球南极表面着陆做准备。
然而，让印度没想到的是，俄罗斯“月球-25”着陆器后发先至，于8月11日发射后，16日即顺利进入月球轨道，并计划8月21日在月球南极着陆。可就在8月20日，俄罗斯国家航天集团宣布，“月球-25”探测器因偏离预定轨道，于19日与月球表面相撞后失联。
▲俄罗斯“月球-25”探测器。
根据俄罗斯此前公布的月球探索与开发计划，“月球-25”是该计划第一阶段的首个任务。此后，俄罗斯计划在2027年发射“月球-26”月球轨道器，对全月球进行普查，为2028年发射的“月球-27”提供数据中继服务和选择载人登月地点提供信息。而“月球-27”着陆器则将用于研究月球内部结构和月震机制以及月表下2米深月壤的矿物学、化学、同位素组成等。2030年或更晚些时候则将发射“月球-28”。
耗资7500万美元的“月船-3”着陆点选在月球南极附近的曼齐努斯U陨石坑西南方向（南纬69.37°，东经32.35°）。软着陆成功后，它将释放小型月球车。不过，印度着陆器和月球车设计寿命仅为1个月亮日（14个地球日），因为它们没有装放射性同位素加热器，无法熬过严寒的长月夜。俄罗斯“月球-25”设计寿命为1年，原本计划在月球南极博古斯拉夫斯基陨石坑附近（南纬69.5°,东经43.5°）软着陆，距离“月船-3”着陆点仅相距120千米。
随着俄罗斯“月球-25”的坠毁，在地形复杂的月球南极首次着陆的重任再次回到了印度“月船-3”的肩上。
终于，北京时间8月23日20时34分，“月船-3”成功软着陆在月球南极附近的预定地点。这使印度成为“月球着陆俱乐部”第四个成员，“月船-3”也成为首个在离月球南极最近地点着陆的人类探测器。
美国重返月球
商业探月方兴未艾
作为世界探月强国，上世纪六七十年代，美国为了实现载人登月，先后发射多个、多种月球探测器，最终通过“阿波罗”飞船使12个美国人登上月球。过去30年，美国的探月努力不曾停止，发射了多个月球探测器，最近两年更是在商业探月上频频发力。
去年6月28日，美国将“拱石”月球探测器送上太空。同年11月，“拱石”采用弹道月球转移方式进入月球轨道。这是NASA主导的一项地月空间立方星任务，旨在通过与商业伙伴的合作，低成本地完成任务，对未来月球空间站计划将采用的轨道进行验证，并测试新型导航技术。已升空一年多的绕月立方星“拱石”目前运行良好，为阿尔忒弥斯重返月球项目提供了数据支持。
去年11月16日，美国用首枚“航天发射系统”发射了“猎户座”无人绕月飞船，实施“阿尔忒弥斯-1”任务，开启重返月球之旅。
▲执行阿尔忒弥斯-1任务的“猎户座”飞船拍摄的月球照片。
阿尔忒弥斯项目分为3个阶段：“阿尔忒弥斯-1”任务是实施无人绕月飞行，研究“重返月球”对人体可能产生的影响；“阿尔忒弥斯-2”任务是实施载人绕月飞行，有4名航天员参加；“阿尔忒弥斯-3”任务是实施载人登月飞行。
阿尔忒弥斯计划有3个特点：一是广泛开展国际合作，截至今年7月27日，已有28个国家签署《阿尔忒弥斯协定》；二是建立月球空间站，航天员先飞往月球空间站，然后根据需要从月球空间站出发完成载人登月任务，最终再返回月球空间站；三是让私营企业也参与其中，NASA“商业月球有效载荷服务计划”为那些对月球感兴趣的小公司提供了一个机会。
今年11月15日，美国休斯敦直觉机器公司将用“猎鹰-9”发射“新星-C”无人月球着陆器，首次执行“商业月球有效载荷服务计划”。今年底，美国匹兹堡太空机器人技术公司将用首枚“火神-半人马座”火箭发射“游隼-1”月球着陆器，它将把20多个“商业月球有效载荷服务计划”有效载荷送到月面。
（作者为全国空间探测技术首席科学传播专家）
作者：庞之浩
图片：均由作者提供
编辑：许琦敏
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