登月确实有难度

进入21世纪以来，中国的嫦娥探月工程先后实施了包括嫦娥一号、嫦娥二号、嫦娥三号、嫦娥五号T1、鹊桥中继星、嫦娥四号、嫦娥五号总计7次月球探测器任务，包括3次登月与1 次月球采样返回，载人航天工程与探月工程在月球表面的大会师，也将是我们在未来8年内要做的事。

尽管中国嫦娥探月工程的稳步实施，让登月这件事看上去并不困难，然而反观2022年全球推出的各项登月计划，其实施成果或许才能真正显示出，登月其实绝非易事。

放眼全球，除中国以外，已有半个世纪没有国家实施过月球软着陆任务。这意味着，服务月球登陆探测的整个体系架构需要从头再来，包括人才团队、产业链、测试系统、支持保障系统，等等。即便抛开这些断档因素，半个世纪前的登月技术，已经无法满足今时今日的需求。

半个世纪前的无人登月着陆器皆为“盲降”，也就是预先选定一大块平坦的着陆区，然后让着陆器根据计算好的弹道，“闭着眼睛”落下去，能不能成功全凭概率，或者说是运气。只有阿波罗登月计划引入了宇航员的控制作用。比如执行首次载人登月任务的阿波罗11号，如果不是宇航员在最后时刻接管了鹰号登月舱，那么登月行动，就必然会因为撞向环形山而功亏一篑。

直至21世纪初期的嫦娥三号，人类才得以终结无人探测器盲降月球的历史。近几年，也不乏其他探测器尝试月面软着陆任务，比如以色列的创世纪号探测器、印度的月船2号着陆器，结果都以失败告终。

正因为如此，美国航空航天局（NASA）主管科学任务的泽布琛提醒参与“月表商业有效载荷交付服务”（Commercial LunarPayload Services，简写为CLPS，主要负责和NASA 的承包商签订月球任务中着陆器/ 飞行器、月球车、运输火箭等的商业合约）的公司，要对登月的难度与风险有清醒的认知，而他本人也做好了失败的准备。他说，虽然希望“射门”都能打到门框范围内，但并不指望每次射门都进球。

2022年年初，世界上先后有6个探测器项目预定了登陆月球的目标—游隼任务-1（美国）、直觉机器任务-1（美国）、白兔-R 任务-1（日本）、探月智能着陆器SLIM（日本）、月船3号（印度）、月球25号（俄罗斯）。其中，近半数都服务于阿尔忒弥斯计划。时值年末，这6个项目的任务进展如何？我们能从中看到什么？中国又将对群雄逐鹿的月球作何反应？

阿尔忒弥斯计划是一个由美国政府资助的载人航天项目， 于2017年宣布推出。其目标是在2024年前将宇航员平安送往月球并返回，同时建立常态化驻留机制， 为未来的火星载人登陆任务铺就道路， 是美国巩固航天领先地位、维持国家影响力、实现国家战略目标的重大项目。

阿尔忒弥斯计划由美国航空航天局主導，多家美国商业航天公司及国际合作伙伴参与其中，包括欧洲航天局、日本宇宙航空研究开发机构、加拿大国家航天局、意大利航天局、澳大利亚国家航天局、英国航天局、阿联酋航天局等。阿尔忒弥斯计划作为美国继阿波罗计划之后的又一项月球探测工程，规模庞大，任务密集， 计划在2030年前进行11次发射任务，2024年实现月球南极载人登陆，2 028年前实现宇航员在月持续生存。

截至2022年12月，加入《阿尔忒弥斯协定》的成员国有23个。

2022年11月16日，美国新一代重型运载火箭SLS（Space Launch System，简写为SLS，又名“太空发射系统”）从肯尼迪航天中心首次成功发射，将猎户座载人飞船送往月球轨道。这次任务是阿尔忒弥斯计划的首次试飞任务。

游隼任务-1（美国）

游隼着陆器由美国的天体机器人公司AstroboticTechnology负责研制，该着陆器承接了NASA“月表商业有效载荷交付服务”的第一份商业运输合同，在该计划框架内的任务编号是“CLPS-1”。

游隼着陆器发射质量1.285吨（包含0.45吨推进剂），首次任务搭载14台有效载荷（包括11台NASA 的有效载荷和3台其他商业伙伴的有效载荷），有效载荷总重90公斤，着陆下降发动机是5台ISE-100发动机，单台推力660牛左右，总推力3300牛，推力相当于嫦娥系列着陆器使用的7500牛变推力发动机的一半。

游隼着陆器无定点着陆能力，着陆误差24×6公里。由于没有配置类似同位素核热源的辅助热控设备，游隼着陆器着陆后并不能像嫦娥系列着陆器那样超长待机，只能在月面生存不超过14天。

游隼任务-1的着陆点在月球正面东北方向的死湖。这里有大片开阔平原，为不具有定点着陆能力的游隼着陆器提供了相对安全的着陆区，降低了登月任务的难度。且人类此前探测器均未到访此地，有实地考察的科学价值。

游隼任务-1原计划于2021年发射，由于商业航天公司美国联合发射联盟（United Launch  Alliance，简写为ULA）的火神-半人马座火箭首飞推迟，导致任务进度不得不放缓。目前，最新计划是2023年第一季度发射，不过作为新火箭，出现种种问题推迟到第二季度也是有可能的。

直觉机器任务-1（美国）

美国的月球探测公司直觉机器（Intuitive Machines，简写为IM）于3年前签订了NASA“月表商业有效载荷交付服务”的第二份合同，任务编号“CLPS-2”，将使用Nova-C（即新星-C）着陆器承运多个有效载荷至月球正面。

新星-C 着陆器发射质量1.9吨，携带9台有效载荷，有效载荷总重约100公斤，反推发动机是一台4000牛变推力发动机，推进剂是液氧甲烷。

直觉机器任务-1（即IM-1）预选着陆区在月球正面北半球的澄海与危海之间，预选着陆区直径约200米。因新星-C 着陆器具有定点落月能力，这一着陆区相较于游隼任务-1的预选着陆区，范围要小得多。

直觉机器任务-1原定于2022年12月由猎鹰9号火箭在卡纳维拉尔角发射升空，器箭分离后探测器将进入到一条近地点185公里、远地点6万公里的大椭圆轨道，之后由探测器自主进行跨月转移。也就是说，在此次发射任务中，该探测器并不能像嫦娥系列着陆器那样直接进入地月转移轨道。目前该计划已推迟至2023年一季度发射。

此时，距离阿波罗17号登月已经过去了整整50年，直觉机器任务-1也许将成为时隔半个世纪之后，美国再次恢复月球表面软着陆能力的首个任务。

白兔-R 任务-1（日本）

白兔-R（Hakuto-R）任务-1是日本宇宙航空研究开发机构（Japan Aerospace Exploration  Agency，简写为JAXA）的商业月球探测计划内任务，白兔-R 着陆器由日本私营太空创业公司iSpace 承担主要的研发任务，其名称中的“白兔”是基于嫦娥奔月故事的日本版本中的兔子。

白兔-R 某种程度上可以看作是多国合作的产物，该探测器原计划2021年发射，由于研制过程中遭遇了一系列棘手难题，遂将发射日期调整至2022年第四季度。

2022年12月11日，白兔-R 探测器搭载美国SpaceX公司的猎鹰9号火箭在卡纳维拉尔角发射升空。按计划，将在2023年4月尝试在月球表面着陆，登陆地点是月球正面北半球东北方向的梦湖。这片月海地势平坦，便于安全着陆，表明此着陆器尚不能适应复杂月面地形的软着陆任务。白兔-R 着陆器无月夜生存能力，月面活动时间约14个地球日。

此任务成功后，iSpace公司将成为日本首个发射探测器登陆月球的民间企业，而日本也将成为全球第4个掌握月面软着陆能力的国家。

探月智能着陆器SLIM（日本）

作为继月亮女神号绕月卫星之后， 时隔15年， 由日本国家主导的登月任务——探月智能着陆器（Smart Lander for Investigating Moon，简写为SLIM），原计划于2022年发射，成为日本第一个实现月面软着陆的探测器，但是由于部分科学探测载荷研制推迟，导致发射计划推迟至2023年，意味着其任务进度将落后于该国商业航天公司iSpace的白兔-R 任务-1。

探月智能着陆器的体量比白兔-R着陆器小，但它所承担的任务更为艰巨，那就是基于地形相对导航技术实现定点落月，这也是该项目进度之所以落后于白兔-R 的原因。

地外天体探测的初期任务通常以攻克工程难题为主，比如嫦娥探月工程的“绕、落、回”。日本的探月智能着陆器也是如此，其肩负的首要任务就是攻克基于地形相对导航的定点落月技术，而科学探测任务并不多，因此也没有配置同位素核热源，不具备月夜生存能力。该探测器的设计寿命也是1个月昼，14个地球日左右，这主要也是受限于整体预算太少的原因。

月球-25号（俄罗斯）

月球-25號是俄罗斯的第一个月球探测器，原计划2022年9月发射，如果一切顺利，这也将是时隔46年之后继月球-24号，月球系列探测器重出江湖的时刻。然而事与愿违，由于多普勒速度和测距仪被发现不符合技术规范的精度要求，因此发射至少推迟到2023年7月。

月球-25号是一款高价值月球探测器。在2022年各国计划发射的一系列登月探测器中，月球-25号是唯一配置同位素核热源的，意味着它将具备月夜生存能力，可以长久地在月球工作。同时，月球-25号也是原计划2022年发射的一系列登月探测器中，预选着陆区纬度最高的。也就是说，它最接近月球极区，而这里正是当前各国登月探测项目都十分感兴趣的地方，有很高的科学价值。当然，月球极区的着陆难度也不小。

月球-25号由著名的“拉沃契金设计局”抓总研制，发射质量1.75吨，此规模虽然不及嫦娥三号、四号，但也已经超越了前文所述的各型登月探测器。该探测器计划由联盟2.1b 火箭+ 微风M 上面级在东方航天发射场发射。

选择的主着陆区是月球正面的博古斯拉夫斯基陨石坑，备选着陆区是曼齐尼陨石坑，备选着陆区的纬度相比主着陆区更低，难度稍小一些。虽然主着陆区靠近月球南极极区，但那里还不是严格意义上的月球极区。制约月球-25号向更高纬度挺近的原因是没有中继卫星，如果进入月球极区，那么探测器在多数情况下将面临无法与地球通信的问题。

探测器配置有2台588牛下降发动机，以及4700牛的轨迹校正与近月制动发动机，姿控发动机有5.8牛、49牛两个型号。月球-25号主发动机无法兼容近月制动与月面软着陆任务，与之相比，9年前嫦娥三号应用的7500牛变推力发动机则是从近月制动到着陆月面打满全场。

月船3号（印度）

由于印度没有布局全球的深空测控通信系统， 所以对外部的依赖性要高得多。就在2022年上半年，印度空间研究组织与NASA 签署了一项测控保障协议，以使用后者的深空网络（DeepSpace Network，简写为DSN，NASA 建立的用以支持星际任务、无线电通信，同时观察探测太阳系和宇宙的国际天线网络） 来支持月船3号的通信，同时，欧洲航天局的深空测控网络将作为备份。

月船3号着陆器与3年前登月失败的月船2号着陆器一样，都属于月面短期任务，没有月夜生存能力，当太阳落山之后，不论是着陆器还是月球车，都将停止工作。

综上所述，2022年计划登月的6家探测器有4家明确宣布推迟，有1家因火箭问题推迟，只有1家如期在年内实施发射任务。除此之外，NASA的“月表商业有效载荷交付服务”的旗舰级项目“毒蛇号”月球车由于格里芬着陆器测试工作尚不完善，NASA要求该着陆器追加测试，因此发射日期将从2023年推迟至2024年年底。

嫦娥三号终结人类无人探测器盲降月球历史

航天界常说，运载火箭运力有多大，航天舞台就有多大，这句话在某种特定环境中是适用的，但也有例外。

比如上文列举的这些登月探测器所属国家，大部分都有合适的火箭，这些火箭可以提供足够的运力执行相关月球轨道发射任务，比如日本H-2B 火箭的地月转移轨道运力不低于4吨，超过了用于嫦娥三号、嫦娥四号发射的长征三号乙火箭（3.4～3.7 8吨）。

然而现实并不是这样简单，深空探测是大系统工程，尤其是针对月球这样一颗地外天体的深入探测，大系统属性更为明显。中国的嫦娥探月工程为人类月球探测提供了珍贵的样本和范例。

嫦娥探月工程立项伊始，我们在深空探测领域可谓是一片空白，甚至连覆盖月球轨道的测控能力都还没有具备，大火箭更是还在路上。就是在这样的条件之下，我们仍然确立了“绕、落、回”三步走发展战略，并定下了完成一系列探测目标的时间节点——2020年。

嫦娥一号任务时期，我们通过全国大口径测控天线以及天文观测网的VLBI（甚长基线干涉测量技术，very long baselineinterferometry，简写为VLBI，把几个小口径望远镜联合起来，以达到一架大口径望远镜的观测效果）组阵，实现了月球轨道测控覆盖能力。嫦娥二号作为探月二期先导星，进一步验证了地月转移轨道直接入轨技术，同时通过降低环月轨道高度，为嫦娥三号拍摄预选着陆区高分辨率影像，还验证了嫦娥五号任务的相关技术。

嫦娥三号完成月球软着陆与月面巡视工程目标后，备份星转正为嫦娥四号，又实现了人类首次月球背面的软着陆与巡视探测。嫦娥五号T1试验器是嫦娥五号先导星，验证了月地再入返回关键技术，最后又在长征五号大火箭运力加持下，如期实现了嫦娥五号的月球采样返回任务。嫦娥五号月球轨道无人交会对接技术的实现，至今仍是人类地外天体探测的一个天花板。

工程顶层框架有科学统筹，各任务之间环环相扣，不将已知问题带上天的严慎细实的作风，进一步提高了任务成功率；同时关键技术不断突破，货架式技术和产品日益丰富，在研制过程中充分发挥融合战略的威力，尽可能调动各类资源服务总目标，我们的深空探测能力就是这样一天天壮大了起来。

在这一基础上，想做什么事，都更能得心应手。比如充分继承探月工程技术，一步实现火星“绕、着、巡”任务的天问一号探测器。接下来，我们还会实施天问二号小行星采样返回+ 主带彗星环绕任务、天问三号火星采样返回任务，未来还将实施额外的小行星撞击任务。

月球表面到达能力是月球探测的一项核心能力

不论月球探测风云如何变幻，我们已经通过嫦娥探月工程下了一步先手棋，成为人类在21世纪的探月先锋力量。

针对各国加紧探月步伐的新事态，嫦娥探月工程四期也已经做好了准备。月球表面到达能力是月球探测的一项核心能力，承载这一能力的关键装备，就是着陆器。一款好的月球着陆器需要解决3个问题：

一是高可靠、高安全。如今，我们已经实现了嫦娥三号、四号、五号共3次登月任务的三战三捷，该系列着陆器的可靠性已经得到了实际任务验证。尤其是嫦娥四号着陆器登陆月球背面具有复杂地形条件的冯·卡门撞击坑，验证了全月面到达能力。如今，我们已具备根据探测需求任意选择月球着陆区的到达能力。

3次登月次次成功的关键技术有两个：一个是以微波测距测速敏感器、激光测距测速敏感器、激光三维成像敏感器为支撑的，基于机器视觉理念的登月控制方案的成功应用；第二个是7500牛变推力发动机的成功研制与应用。

可以看到，本文列举的多款他国月球着陆器都将沿着我们的这条技术路线，解决登月安全性问题；也可以看到，那些着陆器配置的月球着陆用下降发动机的推力，皆没有超越我们的7500牛变推力发动机。

二是定点着陆问题。月球表面定点着陆是开展月球大规模探测，乃至开发活动所必须攻克的关键技术，它可以让多个探测器在月球表面会师，进而形成月球基地。

人类目前尚无实施月球表面定点着陆的案例，获得这项关键能力，主要有两个技术途径：一个是基于地形相对导航技术（本文已有详细说明），再就是通过无线电信标导航。嫦娥系列着陆器目前解决的是登月安全性问题，也就是说，着陆器可以解决登月末段的障碍物识别与机动，并自主选择安全着陆点，但还没有解决指定地点着陆的问题。

这并不代表嫦娥系列着陆器不能具备此项技术能力。早在嫦娥四号任务遴选探测目标时，就有专家建议，我们可以去嫦娥三号着陆点，展示我们的定点着陆能力。最终，结合项目经费、任务价值最大化等方面的综合考虑，没有选择这一目标，而是选择了月球背面。定点落月任务于是就安排给了嫦娥七号。也就是说，此项技术对我们而言，不是什么不可逾越的高峰，而是事有轻重缓急的选择。

三是大承载。着陆器需要具备较大规模的月面着陆能力，以支持大量有效载荷的运输，以及载人月球探测。本文列举的他国着陆器，着陆月面的探测器吨位都是几百公斤，没有超出1吨。目前，嫦娥系列着陆器的月球著陆能力是略微超出1吨。

我们将在嫦娥八号任务中验证大承载月面着陆技术。届时，长征五号的8吨级地月转移轨道运力将全面聚焦月球着陆能力建设，嫦娥八号探测器预计将不会携带轨道器，着陆器规模将大幅度超越现有的嫦娥系列着陆器，可以通过7500牛变推力发动机的多发并联技术，实现月球表面的大承载降落。从这里又可以看到，这款诞生于十几年前的发动机谋划之长远。在不远的将来，它还将用于支持载人登月任务。

基于雄厚的技术能力积累，嫦娥探月工程已经呈现出了人机协同探月的工程图景。探月四期将通过嫦娥六号、七号、八号3次任务，建成国际月球科研站基本型。与此同时，新一代载人飞船、新一代载人运载火箭、新型载人登月模块的研发，将使我们掌握载人登月能力。这些任务还将伴随一大批创新型月面探测设备的研发与应用，比如嫦娥七号的飞跃探测器，多款月面高机动运输装备、全天时覆盖月球极区的中继通信能力等。

只要把稳目标，长期发展，我们就必定会在可持续发展的道路上，实现引领人类月球探测，乃至深空探测的目标。

本文内容来自百家号“宇宙探索领航员”