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全球首个私人月球着陆器发射升空,SpaceX 搭配 SpaceIL 开启月球探测新时代

北极蚊子 2019-2-25 17:02

未来的私人月球旅行会是什么样子,或许今天这次发射将勾勒出一个理想的蓝图。北京时间 2019 年 2 月 22 日上午 9 点 45 分,SpaceX 公司的猎鹰九号火箭从卡纳维拉尔角 LC-40 发射工位出发,将以色列 SpaceIL 公司的 Beresheet(创世纪)月球着陆器送上太空。

图丨猎鹰九号升空(来源:SpaceX)

一切顺利的话,在经过大约 40 天左右的飞行之后,Beresheet 将会踏足月球表面,成为继苏联、美国和中国后第三个可以月球软着陆的组织,也是首个实现这一壮举的私营机构,其对未来商业航天的意义不言而喻。SpaceIL 总裁 Morris Kahn 此前表示,“这次任务是全世界人民的灵感之源。我们期待着创造历史,看着以色列国旗在月球上加入(苏联)俄罗斯、中国和美国的行列。”

Beresheet 宣传视频

此次发射的载荷除了 Beresheet 之外,还有印度尼西亚的 Nusantara Satu(PSN-6) 通讯卫星和美国空军研究实验室(U.S Air Force Research Laboratory)的 S5 小卫星(此载荷跟随 PSN-6 进入 GEO 轨道),三者从上到下按 Beresheet、S5 和 Nusantara Satu 的顺序放置。

所以在发射后的大约 34 分钟,Beresheet 率先分离,它将滑行 9.5 小时直到到达远地点,在那里它开启推进器燃烧来调整自己的轨道。而 Beresheet 上除主引擎将用于轨道机动和登月外,还有数个小型的姿态控制推进器用作辅助。

图丨Beresheet(来源:SpaceIL)

在接下来的 40 天里,Beresheet 号将进行一系列的变轨,提升航天器的轨道,直到它能被月球重力捕捉到。在变轨期间,将会有 6 台发动机接续工作,预计在北京时间 4 月 4 日 22 时 07 分进入月球轨道。

在那之后,Beresheet 将花费 6 天时间环绕月球,最终在 4 月 10 日将自己送入 15km×197km 的轨道,正好经过 Beresheet 着陆区——澄海的上空。而到了北京时间 4 月 11 日 23 时 30 分,Beresheet 将会出现第一次理论上的着陆机会,大约 20 分钟过后,Beresheet 就将完成着陆。但为了确保万无一失,SpaceIL 制定了应急的时间窗口甚至应急着陆场。

Beresheet任务演示

根据 SpaceIL 官方的介绍,在最后的降落过程中,Beresheet 将拍摄一个类似嫦娥探测器的着陆视频。而在着陆之后的几个小时内,Beresheet 分辨率为 2488×3312 的摄像系统将拍摄相当于 21 毫米焦距单反相机的图像。地面的控制人员也将在第一时间下载、处理和发布其中的一些图像。

当然,由于月球上动辄上百摄氏度的温差影响,Beresheet 在月球上仅可以“存活”2 到 3 个地球日。其携带的相机也只能承受最高 90 摄氏度的贮藏温度或 85 摄氏度的使用温度,但月球正午的最高温度可以达到 100 摄氏度,嫦娥四号近期更是记录到零下 190 摄氏度的超低温度,所以 Beresheet 需要抓紧时间工作。

Lunar X Prize 掀起的探月潮

自 2007 年设立月球 Lunar X Prize 以来,先后有几十支团队参与进这项疯狂的赛事,而以色列的 SpaceIL 就是其中之一,该奖项要求一个私人团队成功完成三项任务才挑战成功:

  • 在月球表面成功地放置一个探测器;
  • 在月球表面行进 500 米;
  • 将高清视频和图像传回地球。

作为非官方的月球任务,十多年前,Lunar X Prize 在开始后筹办时其实引起了不小的轰动,而且当时所提出的第一个获胜者将赢得 2000 万美元奖金也着实是一大诱惑。只是,在 2012 年之后,最后期限的多次放宽严重削弱了比赛的权威性,最终,在 2018 年 3 月 31 日的最后期限之前依然没有公司能够实现登陆月球,主办方也不得不宣布比赛在 1 月份正式结束。

反而是在政府主导下的月球任务在有条不紊地推进着,自从 2007 年 9 月 13 日 Lunar X Prize 开赛后的这段期间,先后有三颗官方的探测器实现月球着陆,其中更是仅有中国在 2013 年发射的嫦娥 3 号有能力实现月球表面漫游。

所以,这也给我们提出了一个问题,既然人类在 1969 年就实现了载人登月,为什么我们不能用今天的先进技术复制 50 年前的成功呢?

其实问题的答案也很简单,当下最主要的限制因素就是资源。冷战期间的登月竞赛只不过是对第一名的争夺,当时 NASA 制定的计划就是以最快的速度到达月球、击败苏联,而不是一个长期、完整、稳健推进的太空计划的一部分。

美国月球数据初创公司 Lunar Station Corporation (LSC) 的首席执行官 Blair DeWitt 就曾评价为,“阿波罗工程并非是建立了一个前往月球、经营月球的可持续发展方案中的合理步骤,它更像是到月球表面的一次简单飞跃。”DeWitt 还补充道,“而这种不正常的资源整合手段消除了建立市场供应链的可能,但成熟、频繁的月球之旅离不开这种供应链。”

所以,现在新一轮兴起的月球探索热和此前最大的不同就是必须建立起符合市场逻辑的供应链体系,去月球的动机必须来自探索的动力,而不是对争夺第一名的盲目冲动,类似冷战太空竞赛式的“热情投入”无法支撑我们走的更远。

由此,我们进而可以得出结论:在市场规则下开展的月球任务必须要充分评估成本和风险,换句话说,前往月球的费用必须要足够便宜。那么现实情况如何呢?尽管进入太空的成本在不断降低,但登上月球并不便宜。以今天的美元计算,用于阿波罗计划的土星五号火箭一枚就将耗资约 11.6 亿美元。虽然 NASA 正在推进的太空发射系统(SLS)和中国构想中的长征九号的成本都处于同一数量级,很时过境迁,即便是政府也很难接受如此昂贵的“一次性用品”了。

图丨 Astrobotic 公司 Red Rover 月球着陆器在测试(来源:Astrobotic)

即便最当下最受追捧的 SpaceX 公司的重型猎鹰火箭为例,其 9000 万美元的发射报价相对便宜,然而该火箭的最大推力也只有土星五号的 2/3,如果考虑到火箭回收,那么实际运载能力还会进一步缩水。由此可见,要在市场经济下打造出大推力火箭是多么难得一件事。

所幸,整个商业航天的行业链条正在慢慢建立起来。尽管没有人在最后期限前完成 Lunar X Prize 比赛,但它仍然吸引了众多创业者相继成立太空创业公司,全球范围内的风险投资也开始关注这个领域。

更重要的是,创业者们越来越把它当作一门生意来经营,例如 Moon Express 和 Team Indus 就分别与本国的官方机构签订了业务合同,SpaceIL 转向寻求风险投资,日本的商业航天创业公司更是别出心裁,ispace 公司就开发出了在月球着陆器表面投放广告的服务,ispace 创始人兼首席执行官 Takeshi Hakamada 表示,“我们为合作伙伴设计了一个前所未有的合作机会,让它们在火箭发射前就能获得回报。”

而 Lunar X Prize 也留下了一大笔遗产,包括 Astrobotic、 SpaceIL 和 Moon express 在内的许多参赛团队在未来几年确实有发射计划,其中,首先于 2020 年发射的 Moon Express 公司目标是收获月球资源,而 Astrobotic 公司则希望成为“太空马车夫”,Astrobotic 在 2021 年首次发射前已经有了 13 个确认的客户,还要超过 100 个正在排队中。

除了资金和技术方面的挑战,公众的态度也是私营航天公司绕不过去的一个挑战。“如果你向其他人说你正在建立一家向月球运货的公司,他们可能会露出将信将疑的神情。”Astrobotic 首席执行官 John Thornton 表示,“以前在月球上的所有活动都是由航天大国们主导的,而你必须使人们相信一家私人公司能在月球登陆并赚钱。”

图丨 Lunar X Prize 参赛团队 Part-Time Scientists 的机器人

当然,围绕 Lunar X Prize 而成立的企业只是人类全新月球图景的一部分,除了这些月球探测器和月球车的公司,各国政府和其它公司正在建立月球供应链,像相对论空间这样的公司正在开发 3D 打印机来制造运载火箭,而 LSC 则专注于获取月球数据并提供给其他太空公司。LSC 首席执行官 DeWitt 表示:“月球细分市场及其各自领域提供服务和产品的参与者正在形成一个初露雏形的生态系统。”

对于参与月球供应链的各国政府而言,长期目标肯定不仅仅是登上月球,重复上一代人以前完成的任务。真正的目标之旅是实现人类的又一次巨大飞跃,例如以月球为试验场和基地转而前往火星。

最终,这轮混合着商业动机、科学好奇、探索冲动等诸多因素在内的探月潮将会充分调动各种力量的积极性,使人类暂别半个世纪之久的月球再次变得触手可及。

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