日本探測(cè)器粉碎性撞月，時(shí)速超500公里，原因查明，被美國(guó)坑慘？

開(kāi)朗的ET 2023-05-30 發(fā)布于北京

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月球是距離地球最近的大型地外天體，進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，人類(lèi)掀起了新一輪探月高潮，先后實(shí)施了6次登月任務(wù)，令人鼓舞的是，由我國(guó)航天實(shí)施的3次登月任務(wù)取得了全勝戰(zhàn)績(jī)，令人遺憾的是，另外3次由他國(guó)實(shí)施的登月任務(wù)無(wú)一成功。

目前，人類(lèi)21世紀(jì)的登月成功率已經(jīng)由100%降至50%，登月真的很難嗎？

得益于半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，十六字方針“嚴(yán)肅認(rèn)真、周到細(xì)致、穩(wěn)妥可靠、萬(wàn)無(wú)一失”毫無(wú)保留地貫徹，使得我們往往可以用最少的失敗、最小的代價(jià)獲得成功，其中一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)吸取教訓(xùn)，不僅要重視總結(jié)自己的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，也要總結(jié)國(guó)際同行們的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

比如他們3次失敗的登月任務(wù)，每一次都犯了不同的錯(cuò)誤，最近一次就是一個(gè)月前日本ispace公司的白兔-R M1登月任務(wù)。

執(zhí)行日本首次登月任務(wù)的白兔-R著陸器在歐洲總裝

經(jīng)過(guò)一個(gè)月的復(fù)盤(pán)推演，日本ispace公司已經(jīng)定位白兔-R著陸器登月失敗的原因。就在該公司發(fā)布更為詳細(xì)的登月失敗公告前，NASA公布了由環(huán)月遙感衛(wèi)星LRO探測(cè)器拍攝到的白兔-R著陸器殘骸照片，從而確認(rèn)了硬著陸撞擊月球表面的這一事實(shí)。

NASA的LRO月球勘測(cè)軌道飛行器拍攝的日本白兔-R著陸器殘骸

根據(jù)遙感衛(wèi)星圖顯示，白兔-R著陸器撞擊月面產(chǎn)生了一塊80米×60米反射率較高的區(qū)域，可以說(shuō)是粉碎性撞月。

NASA公布衛(wèi)星照片與ispace公司發(fā)布公告之間的時(shí)間差僅有3天，而實(shí)際上，NASA的LRO衛(wèi)星在白兔-R執(zhí)行登月任務(wù)的第二天就已經(jīng)拍到了殘骸照片，由此不難看出他們兩家之間在某種層面上的“聯(lián)動(dòng)”。

根據(jù)測(cè)算，日本白兔-R探測(cè)器撞擊月面的速度超過(guò)了500公里/小時(shí)。

ispace公司發(fā)布公告確認(rèn)，白兔-R著陸器是在距離月面約5公里時(shí)將探測(cè)器下降速度減至小于1米/秒，說(shuō)明探測(cè)器此時(shí)自認(rèn)為其與月面的距離正在趨近于零，從而開(kāi)始了緩速下降的工作模式，在這種模式下探測(cè)器很快就耗盡了推進(jìn)劑，最終以無(wú)動(dòng)力狀態(tài)高速撞擊月面。

白兔-R團(tuán)隊(duì)成員介紹登月失敗相關(guān)情況的畫(huà)面

為什么白兔-R會(huì)在5公里的高度上認(rèn)為自己已經(jīng)到達(dá)月球表面？

根據(jù)ispace公司公告顯示，原因是白兔-R著陸器的高度測(cè)量出現(xiàn)了問(wèn)題，著陸器下降過(guò)程中在經(jīng)過(guò)一座海拔約3公里的大懸崖時(shí)，測(cè)距敏感器的高度數(shù)據(jù)陡然上升，與探測(cè)器人工注入的估計(jì)數(shù)據(jù)相差過(guò)大，出于增強(qiáng)著陸器的魯棒性，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)將最終決策權(quán)交給了人工注入的估計(jì)數(shù)據(jù)，之所以如此設(shè)計(jì)是因?yàn)榭紤]到測(cè)距敏感器可能出現(xiàn)的硬件故障。

通俗理解就是：

測(cè)距敏感器與人工注入估計(jì)數(shù)據(jù)的差值不大時(shí)，著陸器聽(tīng)測(cè)距敏感器的；

測(cè)距敏感器與人工注入估計(jì)數(shù)據(jù)的差值過(guò)大時(shí)，著陸器聽(tīng)從人工注入數(shù)據(jù)。

這個(gè)設(shè)計(jì)邏輯并沒(méi)有問(wèn)題，但是，顯然白兔-R登月失敗的直接原因是人工注入的地形數(shù)據(jù)出現(xiàn)了嚴(yán)重錯(cuò)誤。為什么錯(cuò)得這么離譜呢？

白兔-R著陸器拍攝的月地合影

白兔-R預(yù)定的著陸點(diǎn)在月球正面冷海東南邊緣的阿特拉斯隕石坑，而根據(jù)NASA公布的殘骸照片可知，雖然是撞擊式硬著陸，但是探測(cè)器還是來(lái)到了預(yù)定著陸點(diǎn)附近區(qū)域——阿特拉斯隕石坑。

阿特拉斯隕石坑是一個(gè)直徑達(dá)88.2公里的大型撞擊坑，坑內(nèi)側(cè)壁非常陡峭，頂部是一圈尖峭的坑沿，坑壁平均高出坑底2650米，部分坑壁壁頂高達(dá)3300米，這些數(shù)據(jù)與描述恰好與白兔-R著陸器飛躍的那座海拔高度約3公里的大懸崖是契合的。

說(shuō)明白兔-R著陸器飛越的那座大懸崖，其實(shí)就是預(yù)定著陸區(qū)阿特拉斯隕石坑的坑壁。

畫(huà)叉位置就是白兔-R撞擊月球的位置，可以看到周?chē)呗柕沫h(huán)形山。

如此重要的地形地貌，為什么人工注入的地形數(shù)據(jù)還能出錯(cuò)呢？ispace公司沒(méi)有月面遙感影像圖嗎？

當(dāng)然是有的，即便當(dāng)年日本的月亮女神號(hào)探測(cè)器沒(méi)有獲取完整的全月影像圖，NASA也公開(kāi)了LRO探測(cè)器的全月遙感影像圖，所以并不存在遙感影像圖缺失的問(wèn)題。

白兔-R飛行軌跡圖，標(biāo)紅區(qū)域就是他們描述的“大懸崖”。

白兔-R的飛行軌跡是自北向南，圖中的環(huán)形山區(qū)域就是阿特拉斯隕石坑。

ispace公司公告進(jìn)一步披露，主要是因?yàn)楫?dāng)初在完成關(guān)鍵設(shè)計(jì)審查后，更改了著陸點(diǎn)，這一修改影響了驗(yàn)證和確認(rèn)計(jì)劃。

通俗解釋就是，設(shè)計(jì)已經(jīng)做完了，你又要讓我改，這一改就出問(wèn)題……

那么，是誰(shuí)讓他改的？ispace公司沒(méi)有給出明確的解釋，但根據(jù)相關(guān)信息研判主要是美國(guó)NASA想讓這個(gè)著陸器更改著陸點(diǎn)。

白兔-R原本瞄準(zhǔn)的是月球正面的夢(mèng)湖區(qū)域，之后更改的阿特拉斯隕石坑著陸點(diǎn)在原計(jì)劃登陸點(diǎn)的東北方，緯度更高，登陸地形也更復(fù)雜。

阿特拉斯隕石坑在原夢(mèng)湖著陸區(qū)東北方

更改著陸點(diǎn)可以驗(yàn)證NASA載人重返月球計(jì)劃的相關(guān)技術(shù)能力，該計(jì)劃瞄準(zhǔn)的就是月球高緯度復(fù)雜地形區(qū)域著陸。

不過(guò)呢，雖然更改著陸點(diǎn)影響比較大，但這并不是犯錯(cuò)的理由，尤其是這個(gè)錯(cuò)誤還是人為造成的。

在日本白兔-R著陸器登月之前，嫦娥系列著陸器已經(jīng)連續(xù)三次成功登月，可以說(shuō)他們出的那些問(wèn)題都能在嫦娥系列任務(wù)中找到成功經(jīng)驗(yàn)。

為什么他們抄作業(yè)都抄不會(huì)呢？

在我們連續(xù)三次成功的登月任務(wù)中，嫦娥三號(hào)的開(kāi)創(chuàng)價(jià)值是最大的，因?yàn)樗K結(jié)了人造無(wú)人探測(cè)器盲降月球的歷史。

嫦娥三號(hào)

在嫦娥三號(hào)之前只有阿波羅登月飛船是在宇航員的介入下才具備非盲降的登月功能，比如執(zhí)行首次載人登月任務(wù)的阿波羅11號(hào)飛船的鷹號(hào)登月艙，在距離月面僅剩最后一分鐘航程時(shí)就遇到了一座隕石坑，如果按照自動(dòng)程序下降，鷹號(hào)登月艙就會(huì)撞擊隕石坑的坑壁。

看到了沒(méi)，半個(gè)世紀(jì)后，日本白兔-R又重蹈了阿波羅11號(hào)的覆轍，又和隕石坑坑壁杠上了……

阿波羅11號(hào)是在宇航員的控制下進(jìn)行機(jī)動(dòng)規(guī)避，才避免了撞擊隕石坑坑壁的情況。

在宇航員的控制下，阿波羅11號(hào)鷹號(hào)登月艙飛越隕石坑坑壁。

嫦娥三號(hào)作為終結(jié)無(wú)人探測(cè)器盲降月球歷史的探測(cè)器，它所具備的功能就好比是汽車(chē)領(lǐng)域的人工智能輔助駕駛技術(shù)。這款探測(cè)器創(chuàng)造性地提出了基于機(jī)器視覺(jué)駕駛技術(shù)的接力避障登月方案。

嫦娥三號(hào)登月過(guò)程中，降落相機(jī)拍攝畫(huà)面。

嫦娥三號(hào)、嫦娥四號(hào)、嫦娥五號(hào)在登月過(guò)程中都有實(shí)況畫(huà)面實(shí)時(shí)回傳地球，這些畫(huà)面就是由著陸器的降落相機(jī)拍攝，它可以全程記錄著陸過(guò)程的實(shí)時(shí)畫(huà)面，在給觀眾呈現(xiàn)極具視覺(jué)沖擊力的探月大片的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了我國(guó)衛(wèi)星的工程可視化遙測(cè)。

日本ispace公司白兔-R的整個(gè)登月過(guò)程沒(méi)有實(shí)況畫(huà)面實(shí)時(shí)回傳地球，他們是根據(jù)遙測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合模擬動(dòng)畫(huà)進(jìn)行任務(wù)判斷。由此可見(jiàn)，其登月遙測(cè)技術(shù)能力相較于嫦娥系列著陸器可以說(shuō)是落后了一大截。

動(dòng)畫(huà)模擬

嫦娥系列著陸器將登月過(guò)程劃分為主減速段、快速調(diào)整段、接近段、懸停段、避障段、緩速下降段、著陸緩沖段。

以嫦娥三號(hào)為例，為滿足各階段任務(wù)需求，配置了慣性測(cè)量單元、微波測(cè)距測(cè)速敏感器、激光測(cè)距敏感器、光學(xué)成像敏感器、激光三維成像敏感器、伽馬關(guān)機(jī)敏感器，前三臺(tái)載荷屬于常規(guī)的自主導(dǎo)航單元，此類(lèi)載荷日本白兔-R著陸器也有，但是后三臺(tái)載荷他們就不一定有了。

光學(xué)成像敏感器可以在距離月面600米處進(jìn)行“粗避障”，就是對(duì)預(yù)選著陸區(qū)地形進(jìn)行大動(dòng)態(tài)范圍成像，控制著陸器避開(kāi)大型撞擊坑，在成像區(qū)域內(nèi)選擇安全著陸區(qū)。此環(huán)節(jié)對(duì)于日本的白兔-R著陸器而言是完全沒(méi)有。

嫦娥三號(hào)接近段粗避障

但是話又說(shuō)回來(lái)，即便白兔-R有此技術(shù)，恐怕也無(wú)力回天，因?yàn)樗麄冞B基本的慣性導(dǎo)航都沒(méi)有做到位。

嫦娥三號(hào)在完成粗避障之后還有“精避障”環(huán)節(jié)接力避障，就是在距離月面約百米高度進(jìn)行短暫懸停，此時(shí)激光三維成像敏感器將對(duì)星下區(qū)域進(jìn)行快速掃描成像，識(shí)別更加微小的障礙地形，確定最終安全著陸點(diǎn)。

激光三維成像敏感器作業(yè)效果圖

嫦娥三號(hào)懸停段（動(dòng)圖），共懸停約9秒，激光三維成像敏感器只用3秒就完成著陸區(qū)掃描。

嫦娥三號(hào)避障段（動(dòng)圖），根據(jù)懸停成像段選擇的安全著陸點(diǎn)進(jìn)行避障機(jī)動(dòng)飛行。

嫦娥三號(hào)緩速下降與著陸緩沖段（動(dòng)圖），距月面約3米動(dòng)力關(guān)機(jī)，著陸沖擊能量由高效吸能合金著陸腿吸收。

然后，控制著陸器朝著安全著陸點(diǎn)緩速下降機(jī)動(dòng)飛行。

嫦娥三號(hào)負(fù)責(zé)驗(yàn)證的這套技術(shù)方案在之后的嫦娥四號(hào)月球背面復(fù)雜地形登陸任務(wù)中得到了更加淋漓盡致地展現(xiàn)，后者在登陸月球背面時(shí)需要飛越平均海拔約4000米的高原地區(qū)，然后降落至負(fù)6000米左右的馮·卡門(mén)撞擊坑中，垂直落差有一萬(wàn)米，而探測(cè)器需要從約6000米高度調(diào)整至垂直向下姿態(tài)進(jìn)行定點(diǎn)跳傘式的垂直降落。

嫦娥四號(hào)著陸過(guò)程中需要經(jīng)歷的萬(wàn)米高差

嫦娥四號(hào)快速調(diào)整段（動(dòng)圖），著陸器姿態(tài)調(diào)整至垂直向下，完成調(diào)姿后就開(kāi)始垂直降落，此時(shí)的高度約六千米。

畫(huà)框區(qū)域就是嫦娥四號(hào)在懸停段選擇的安全著陸點(diǎn)，可見(jiàn)周?chē)芗植嫉淖矒艨印?/strong>

嫦娥四號(hào)精準(zhǔn)飛向安全著陸點(diǎn)降落

最終通過(guò)兩器互拍照片可以看到著陸器周邊密集分布著多個(gè)撞擊坑，精確避障環(huán)節(jié)稍有不慎就很難獲得成功。由此可見(jiàn)，嫦娥系列著陸器登月技術(shù)的高可靠性。

嫦娥四號(hào)著陸器身后的撞擊坑清晰可見(jiàn)

然而，更夸張的是，嫦娥四號(hào)在入軌之初還曾遭遇推進(jìn)劑泄漏，在這種情況下還能挑戰(zhàn)高難度登月任務(wù)，完成人類(lèi)探測(cè)器首登月球背面的壯舉。因?yàn)槲覀儙缀踉诿總€(gè)飛行階段都預(yù)留有10%的推進(jìn)劑，在這種情況下，通過(guò)一系列推進(jìn)劑節(jié)余措施，為最終的登月任務(wù)留出了足夠的可用推進(jìn)劑。

嫦娥四號(hào)星箭分離不久就遇到了推進(jìn)劑泄漏問(wèn)題

也就是說(shuō)，日本白兔-R的推進(jìn)劑耗盡危機(jī)，我們也曾遭遇過(guò)，但是得益于充分準(zhǔn)備，以及快速的危機(jī)響應(yīng)機(jī)制，嫦娥四號(hào)就可以華麗轉(zhuǎn)身。

基于嫦娥三號(hào)、嫦娥四號(hào)的多方驗(yàn)證，在實(shí)施嫦娥五號(hào)任務(wù)時(shí)，我們又在自主導(dǎo)航系統(tǒng)中增配了激光測(cè)速敏感器，進(jìn)一步增強(qiáng)了著陸系統(tǒng)的可靠性。

至此，我們已經(jīng)具備了基于科學(xué)目標(biāo)在月球表面任意選擇著陸區(qū)的全月面到達(dá)能力。

嫦娥五號(hào)采樣機(jī)械臂遠(yuǎn)攝相機(jī)拍攝的著陸區(qū)域畫(huà)面（動(dòng)圖）

也有人說(shuō)，人家日本isapce公司的登月行動(dòng)是商業(yè)行為，怎么可能像你們這樣不計(jì)成本。那么，我們真的是不計(jì)成本嗎？

對(duì)此，葉培建院士曾披露，從零做起的嫦娥一號(hào)的投入基本相當(dāng)于1至2公里的地鐵建設(shè)成本，與美國(guó)動(dòng)輒數(shù)億美元的航天器相比，性價(jià)比極高。

深空探測(cè)重大專項(xiàng)總師吳艷華也曾披露，嫦娥四號(hào)的投入僅相當(dāng)于1公里地鐵建設(shè)成本。

實(shí)際上，精打細(xì)算過(guò)日子歷來(lái)是我國(guó)空間探測(cè)的優(yōu)良傳統(tǒng)，比如嫦娥二號(hào)是嫦娥一號(hào)的備份，嫦娥四號(hào)是嫦娥三號(hào)的備份，這些備份產(chǎn)品如果不用就只能閑置，為了讓他們物盡其用，這些備份產(chǎn)品在各方努力下，在不超出工程總預(yù)算的前提下，又創(chuàng)造了一系列戰(zhàn)績(jī)，這是大家肉眼可見(jiàn)的。

嫦娥二號(hào)與嫦娥四號(hào)均為備份探測(cè)器

講這些并非要排斥商業(yè)航天，而是要理清商業(yè)航天高質(zhì)量發(fā)展的深層次邏輯。

航天領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)往往需要巨量的各類(lèi)資源支持，這對(duì)于初創(chuàng)商業(yè)航天公司而言往往是無(wú)法企及的。

以美國(guó)為例，其商業(yè)航天的成功有賴于半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)在NASA主導(dǎo)下積累的一系列較為成熟可靠的貨架技術(shù)產(chǎn)品，以及配套完善的試驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)施，從而形成強(qiáng)大的技術(shù)支撐。比如SpaceX公司載人龍飛船的設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)均高度依賴NASA。再比如，洛克希德·馬丁公司的獵戶座載人飛船返回艙所應(yīng)用的防熱燒蝕材料，更是直接繼承于阿波羅登月飛船。

SpaceX公司與波音公司的載人飛船均在NASA的風(fēng)洞設(shè)施中進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試

目前，我們的嫦娥探月工程一期、二期、三期皆已完成，完整突破并有效掌握了針對(duì)月球探測(cè)的繞、落、巡、回工程技術(shù)能力，放眼世界這是獨(dú)一家。即便是過(guò)去公認(rèn)的那些航天強(qiáng)國(guó)，也都因?yàn)槿蝿?wù)斷檔因素暫時(shí)尚未恢復(fù)上述能力，而我們已經(jīng)擁有的這些技術(shù)能力可以服務(wù)于其它地外天體探測(cè)任務(wù)，以及后續(xù)月球探測(cè)任務(wù)。

比如一步實(shí)現(xiàn)火星繞落巡的天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器就是嫦娥探月工程核心技術(shù)能力開(kāi)枝散葉的實(shí)踐案例。

天問(wèn)一號(hào)登陸火星完整繼承了嫦娥系列著陸器的光學(xué)成像粗避障與激光三維成像精避障的接力避障方案

還可以通過(guò)“技術(shù)轉(zhuǎn)移”培育新興商業(yè)航天公司參與后續(xù)探測(cè)任務(wù)，以期實(shí)現(xiàn)更高的工程效益。

此種模式不僅適用于月球探測(cè)，比如，載人航天工程前不久發(fā)布的“低成本貨物運(yùn)輸系統(tǒng)技術(shù)指南”中就明確指出，為充分繼承前期交會(huì)對(duì)接任務(wù)成功經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)成果，確保空間站平臺(tái)安全，可以協(xié)調(diào)相關(guān)研制單位提供“交會(huì)對(duì)接相關(guān)部組件服務(wù)”。

事實(shí)一再證明，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大絕不可能只靠某一兩家實(shí)體的成功，而是要打一場(chǎng)多要素的“聯(lián)合作戰(zhàn)”。由此可見(jiàn)，“集中力量辦大事”這一獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在任何時(shí)候都不能丟。

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日本探測(cè)器粉碎性撞月，時(shí)速超500公里，原因查明，被美國(guó)坑慘？

日本探測(cè)器粉碎性撞月，時(shí)速超500公里，原因查明，被美國(guó)坑慘？