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全球国家竞逐登月

2019年十大科学报道之三。

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图片来源:NASA/GSFC/亚利桑那州立大学

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从坠毁着陆到太空棉,2019年是月球探索大有作为的一年。此前,只有美国、俄罗斯和中国成功在月球着陆。但现在,其他国家的航天机构正带着各自的科学目标奋力前进,各种规模的私营公司也找到了参与其中的方式。为了不落后,NASA也在重拾其登月计划。其结果是,这一年有月球上的成功也有失败——以及大量的豪言壮语——最终结果仍悬而未决。

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以色列竞逐登月

月球着陆器“创世纪号”今年创造了历史,尽管并非如其创造者所期望的那样。以色列非营利组织SpaceIL与国有国防公司以色列航空航天工业公司合作,建造并运营了这艘飞行器。“创世纪号”的创立只有一个主要目的:登陆月球。这是对谷歌月球X大奖的回应,该大奖在2007年承诺,任何能够成功软着陆月球并完成一系列小型任务的公司将获得2000万美元。然而,在2018年多次延期后,截止到奖项到期,仍没有团队领取奖项。

“创世纪号”任务仍在继续,于2月22日由美国SpaceX公司制造的猎鹰9号火箭发射升空。4月4日,它进入月球轨道,成为首个绕月飞行的私人资助航天器——以色列也因此成为第七个拥有绕月飞行能力的国家。

然而,4月11日,在“创世纪号”接近月球表面时,一次微小的传感器故障导致了一个错误的响应,触发了发动机关闭。任务控制中心设法重启了发动机,但此时它速度过快,无法避免坠毁。当任务控制中心失去与航天器的联系时,它距离月球表面不到500英尺,速度超过300英里/小时。(《连线》杂志8月报道称,此次坠毁着陆可能还将缓步前进的缓步动物——一种能在极端恶劣条件下生存的顽强生命形式——带到了月球表面。它们的命运仍未知。)

“创世纪号”(图片来源:维基共享资源)

维基共享资源

中国探索月球背面

中国官方媒体于1月3日宣布“嫦娥四号”任务成功着陆。这是首个登陆月球背面的探测器。该探测器在冯·卡门撞击坑着陆,该撞击坑位于一个更大的撞击坑——月球最大的南极-艾特肯盆地(SPA)内。着陆12小时后,“嫦娥四号”释放了其月球车“玉兔二号”,开始探索周边区域。

着陆器携带了一个生物圈,一个长度和宽度与人手相当的容器,里面装有各种植物种子和昆虫卵。虽然发回地球的照片显示棉花种子成功发芽,但该容器在严寒的月夜下未能得到适当的升温,实验仅进行了九天就结束了,而不是原计划的100天。

中国月球任务的其他部分进展顺利。月球车已经超越了其预期的三个月寿命,着陆器也似乎将完成其为期一年的任务。两者都在继续拍摄大量照片,并利用雷达和其他工具探测地面,以分析月球表面与太阳辐射的相互作用。5月份,科学家们宣布“嫦娥四号”可能发现了源自月球表面深处、来自月幔的岩石,这将证实一个长期存在的理论:形成SPA盆地的撞击足够强大,足以穿透我们卫星的地壳,触及下方的液态月幔。

“嫦娥四号”(图片来源:CNSA/CLEP)

CNSA/CLEP

印度险些重返月球

7月22日,印度空间研究组织(ISRO)发射了其第二次月球任务——“月船二号”。“月船一号”于2008年探索月球,将一个撞击器撞击月球南极,飞溅起尘埃供研究。

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作为后续,“月船二号”旨在绘制并研究月球南极的地质。然而,令科学家们失望的是,着陆器“维克拉姆”及其月球车“普拉吉安”于9月初在一次粗暴着陆中受损。

“维克拉姆”和“普拉吉安”原定于9月6日抵达月球,但在航天器下降进入月球大气层时,地面控制中心与其失去了联系。一天后,他们得知航天器坠毁着陆。ISRO试图与着陆器及其月球车建立联系,但徒劳无功。据《印度时报》报道,船员认为自动着陆程序中的错误导致了任务的失败。

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“维克拉姆”和“普拉吉安”的设计目的是比以往任何月球任务都更深入地探索南方区域。它们的成功将使印度成为第四个在月球表面实现软着陆的国家,这也是以色列今年年初险些错过的成就。但目前来看,这些里程碑可能还需要很多年才能实现。

“月船二号”(图片来源:ISRO)

ISRO

私营部门崭露头角

私营公司今年对月球提出了大胆的要求,尽管除了以色列的非营利组织SpaceIL之外,没有一家公司成功到达月球。

SpaceX公司多年来一直在研发其星舰(Starship)飞行器,以期到达火星。7月份,SpaceX首席执行官埃隆·马斯克声称,他可以在不到两年内将一艘无人飞船降落到月球,并在四年内实现载人登月。星舰的首次重大测试——使用名为“星际飞行器”(Starhopper)的原型机(见下文)——已经开始。7月16日的一次系留发射测试,实际上是与地面相连的,结果飞船陷入火海,尽管它存活了下来。7月25日,它成功完成了无系留的“跳跃”测试。后续测试正在进行中。

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与此同时,蓝色起源(Blue Origin)创始人、亚马逊创始人杰夫·贝索斯于5月份公布了“蓝月”(Blue Moon)着陆器,这是一种能够向月球表面运送多达7吨货物——以及可能的乘员——的航天器。除了“蓝月”本身,该公司还公布了新的BE-7火箭,贝索斯称其已开发了三年。蓝色起源公司于今年夏天开始首次试射该火箭,更多测试正在进行中。贝索斯说,这些发展共同致力于将人类带回月球表面——“这一次是为了永远留下来”。

对于一家只到达过太空边缘——从未完全绕轨道飞行过的航天器公司来说,这是一个大胆的说法。但这两家私营公司都在努力突破载人航天飞行的极限,并让NASA保持警惕。

“星际飞行器”(Starhopper)(图片来源:NOMADD)

NOMADD

NASA的登月计划承诺很多,收效甚微

NASA自己的登月计划今年也更加不确定。该机构自1972年以来就没有将人类送上月球,最近一直专注于将火星作为下一个主要目的地,月球则充当了中转站。但在3月份,副总统迈克·彭斯改变了这些计划,反而呼吁美国人在2024年之前——包括第一位女性——登上月球。NASA局长吉姆·布里登斯泰因估计,这个被称为“阿尔忒弥斯”(Artemis)的新计划(以月亮女神、阿波罗的孪生妹妹命名)的成本为200亿至300亿美元。

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7月份,NASA成功进行了猎户座(Orion)载人飞船的安全性测试——这是一项已在开发中的项目——并于当月晚些时候,彭斯宣布它已准备好进行飞行。计划是在2020年6月之后进行无人发射,首次载人飞行将在2022年进行。

尽管波音公司(Boeing),这家负责建造将猎户座飞船送入太空的强大太空发射系统(SLS)火箭的承包商,屡次错过截止日期,但NASA仍维持着这个加速的时间表。彭斯和布里登斯泰因夸夸其谈,但如果波音继续落后,他们将如何实现这些迫在眉睫的目标尚不清楚。

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与此同时,NASA已呼吁并批准了一系列小型科学和技术演示项目,作为其商业月球有效载荷服务(CLPS)计划的一部分。该机构希望这些运往月球表面的货物任务能在2019年底前通过小型私人火箭发射——这是另一个听起来更像一厢情愿,而非现实截止日期的目标。

猎户座飞船(图片来源:NASA/Tony Gray and Kevin O'Connell)

NASA/Tony Gray and Kevin O'Connell

[本故事最初以“竞逐登月”的标题印刷。]

《Discover》杂志的助理编辑**詹妮弗·沃尔特(Jennifer Walter)**为本报道集贡献了内容。

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