隼鸟号小行星采样返回探测器、隼鸟二号小行星采样返回探测器、月亮女神号绕月卫星、H-2B运载火箭……这些都是日本航天最具代表性的航天装备,也正是因为这些成就,在一些国人心目中,日本航天一直有一种不可名状的光环。

不得不说,日本航天善于投机,他们专门找一些容易而又不受关注的领域发力,投资少见效快,比如小行星采样返回,还有接下来的火卫一采样返回。

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隼鸟二号小行星采样任务画面

小行星与月球一样都属于无大气星体,前者的登陆行动可以用蜻蜓点水来形容,探测器触碰小行星表面后即可离开,相较而言,月球的登陆难度显然更高,对变推力动力系统、障碍识别有更高的要求。

当主要航天强国聚焦有大气的火星登陆采样返回任务时,日本航天也要蹭蹭热点,但他们不去火星,而是看上了无大气的火卫一,登陆火卫一与登陆小行星有很多相似之处,但与火星采样返回任务相比,难度要小几个数量级。

日本火卫一采样返回任务探测器效果图

投入与收获是成正比的,指望通过投机取巧成为航天强国,那是缘木求鱼,一旦遇到难啃的硬骨头,很快就会露底。比如昨天,日本宇宙航空研究开发机构JAXA的SLIM智能月球着陆器的登月任务就相当尴尬。

SLIM智能月球着陆器是由H-2A运载火箭发射升空,经过长达三个多月的长途跋涉后进入了绕月轨道,与之对比,十年前嫦娥三号从地球出发到进入绕月轨道只用了不到5天时间,日本探测器之所以用时这么长,是因为他们用的是低能量转移轨道,需要绕道奔月,之所以选择低能量转移轨道,是因为预算有限,探测器的规模很小,燃料加注量有限。

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H-2A火箭发射SLIM智能月球着陆器

进入绕月轨道后,又经过25天的环月飞行等待后终于迎来了登月窗口,1月19日11时许,SLIM探测器正式进入登月行程,经过二十分钟左右的下降飞行后,探测器接触月球表面。

SLIM登月遥测画面

日本成了继美国、苏联、中国、印度之后,第五个掌握月面软着陆能力的国家了吗?要回答这个问题可能没那么简单。

根据遥测数据生成的动画显示,SLIM探测器的接地姿态很怪异,反推发动机朝上,整个就是一个倒栽葱式的姿态。

倒栽葱式登月(红色箭头指示画面)
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接触月面后,探测器太阳能电池没有发电,只能用蓄电池供电,一旦电量耗尽,探测器也就寿终正寝了,果不其然,探测器与地球的通信仅持续了两个多小时就中断了,次日中午JAXA试图再次建立通信,结果还是没联系上,这就等于是失联了。

太阳能电池之所以没能发电,估计和着陆姿态有关,大概率是太阳能板被压在了月面上,无法接收到光照。

不过,就月面软着陆这个结果来看,还算是做到了,因为着陆后还能通信,不仅如此,着陆器在接触月面之前还释放了两个小型移动探测器,目前其中一个小型移动探测器已经失联,另外一个有可能获取月表图像,这也算是月面软着陆成功。

SLIM着陆前分离载荷效果图


SLIM计划释放的LEV-1跳跃式巡视器


SLIM计划释放的LEV-2球形巡视器

在SLIM智能月球着陆器从地球启程之前,日本JAXA就已经认识到登月任务的艰难性,他们重新定义了成功,将结果分为3种情况:

第一种:最低限度成功。实现月面软着陆,验证基于机器视觉的导航技术,这对以后实现高精度着陆至关重要,通过任务的实施验证探测器系统的在轨运行情况。

第二种:圆满成功。实现100米精度内的高精度着陆,导航系统正常,着陆器按照既定时序动作执行到位。

第三种:在圆满成功基础上收获额外的成功。在实现百米级高精度着陆后,可以在月面持续工作一段时间,获取科学探测数据,直至进入月夜后结束。

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JAXA发布会宣布SLIM获得最低限度成功

通过实际工程实践,日本JAXA认为SLIM智能月球着陆器满足第一种情况,也就是最低限度成功,可以打60分将将及格

在SLIM之前,日本曾两次试图登月,皆以失败告终,先是好客号立方体卫星试图在月面部署一个重约1公斤的小型着陆器,但由于推进剂泄漏最终放弃登月,然后是ispace公司的白兔-R着陆器,这个探测器是因为数据装订错误,导致燃料耗尽最终撞月。

日本ispace公司的白兔-R着陆器燃料耗尽撞月

如果说,好客号是纯粹的试验任务,白兔-R又是民营航天产品,那么SLIM智能月球着陆器就没什么借口了,因为它是日本JAXA近些年来在月球领域的一个旗舰级项目,是能够体现日本登月实力的探测器。

SLIM智能月球着陆器高2.4米、宽2.7米、厚度1.7米,发射质量0.59吨,仅相当于十年前嫦娥三号发射质量的六分之一都不到,探测器整体规模相当小,也正因为小,所以配置相当简陋,甚至连像样的着陆腿都没有

SLIM智能月球着陆器CG图
SLIM智能月球着陆器实物照

该探测器在距离月面3米处2台500N反推发动机关机,在姿控发动机作用下呈倾斜姿态下落,然后以侧倾摔倒方式着陆,着陆冲击能量由基于3D打印技术制造的类似海绵状的着陆缓冲机构吸收,可以起个名字,就叫“躺平式着陆”

海绵状着陆缓冲机构


SLIM月球智能着陆器的“躺平式”着陆

躺平式着陆分解动作

躺平式着陆很难受控,因为月球表面密布着大大小小的撞击坑,着陆器最终往哪边倒,是很难预料的,最终SLIM倒栽葱式的落月结果也证明了这一点。

虽然有这样那样的不堪,SLIM还是有亮点的,它主要集中资源攻克百米级高精度月面着陆技术,主要通过地形相对导航技术实现,也就是图像匹配导航,将着陆航迹下方的月面图像提前装订在着陆器计算机中,在下降过程中拍摄月面图像,二者相互匹配,实时解算出下降轨道数据,再控制反推发动机工作,进而实现高精度落月。

不过,根据日本JAXA的最低限度成功表述看来,高精度落月这项核心使命并没有实现。

近年来,不少试图登月的国家都迷信低成本登月,日本SLIM智能月球着陆器就是一个代表,包括印度成功登月的月船三号也是如此。

航天活动追求低成本当然没错,但要看怎么追求,在核心关键技术没有攻克的情况下一味追求低成本,那也是缘木求鱼。比如印度月船三号虽然成功了,但也是基于月船二号的失败教训才得以实现,两个探测器两枚火箭得来的成功,成本还低吗?

与之对比,中国航天给出了完全不同的答卷。

我们稳扎稳打,就工程能力来看,通过嫦娥一号、嫦娥二号两次任务,突破了绕月飞行、地月直接转移、高精度轨控条件下的绕月飞行,通过嫦娥三号终结了人造无人探测器盲降月球的历史,掌握了基于机器视觉理念的高可靠月面软着陆技术能力,以及月面巡视探测,通过嫦娥五号T1验证月地高速再入返回能力,通过嫦娥四号任务,具备了月面复杂崎岖地形登陆能力,进而拥有了基于科学需求,任意选择着陆区的全月面到达能力,通过嫦娥五号,进一步突破了月面采样、月面起飞、环月轨道无人对接与样品转移技术,全面检验了一整套探月工程技术。

嫦娥二号
嫦娥四号
嫦娥五号上升器月面起飞

在攻克一系列核心技术,以及一系列工程任务实践的基础上,再去降低成本就可以有的放矢。

日本航天面对中国航天,一直有一种瑜亮情结,他们很难接受我们的领先,但在一系列的事实面前,他们也知道想要赶超中国航天已经彻底无望。

基于嫦娥探月工程稳扎稳打获取的一系列关键技术与货架产品,中国航天通过天问一号任务又完成了前所未有的一步实现火星绕落巡壮举。

天问一号着陆巡视器在火星上空打开减速伞
天问一号应用的激光三维成像技术继承于嫦娥系列着陆器
祝融号火星车与着陆平台合影

嫦娥探月工程三次登月三次成功,成功率高达100%,这就等于我们在全球范围内率先进入探月自由王国,想要在月球上做什么事情都是事半功倍。目前正在并行推进的月球探测项目还有载人登月工程、嫦娥六号月球背面采样返回任务、聚焦月球南极探测的嫦娥七号,这三个任务中的任何一个都属世界级。