航天器落月难题如何化解

□ 张晨

近期，俄罗斯国家航天集团公布了月球25 号探测器坠毁月面的初步调查结果，引发外界关注。

俄罗斯国家航天集团发布公告称，8 月19 日，月球25 号探测器从绕月轨道转入落月轨道时，发动机点火运行了127 秒，而不是计划设定的 84 秒，导致探测器进入了更低的非目标轨道，最终与月球表面相撞。

“月球 25 号”是近 5 年来第五个着陆失败的月球探测器。50 多年前，人类多次登上月球，且当前诸多技术领域早已取得大幅进步，但新世纪航天器落月成功率仍不到50%，可见航天器安全落月并非很简单的任务。

航天器发射、进入绕月轨道是探月任务的“基本功”，而在本世纪 5 次落月失败任务中，有动力下降阶段是大部分探测器的“高危”时刻，堪称落月任务的核心难点。想要解决这个难题，关键不是盲目地追求先进的大范围可调节变推力发动机，增大系统风险，而是拥有精度足够高的惯性导航元件和可靠适用的飞控软件。现实中，动力系统出现的小问题常常被后两点不足之处“无限放大”，导致任务失利。

这样看来，解决着陆月面难题的核心办法是，认清本国技术基础，选择适当方案，对各分系统和探测器整机做好测试。但一些探月团队原本就缺乏在较大引力的天体上着陆的工程经验，理应添加足够的冗余设计，却限于经费、火箭性能等因素，选择了较小的航天器，导致航天器质量受限，冗余不足。还有一些探月团队在航天器设计和生产时把关不严，对易产生单点故障的位置缺乏足够的故障分析和隔离研究，心态问题又造成软件测试不严谨，导致故障无法在航天器地面测试中充分暴露。

于是，在环境更加严酷的地月空间中，航天器潜藏的隐患难免出现。在探测器有动力下降阶段早期，地面团队可以介入控制工作，但在此阶段后期主要由探测器自主测量和决策。由于月球基本上没有大气，整个有动力下降段非常依赖探测器动力系统，对飞控的要求较高，容错率较低。尤其是探测器即将着陆月面之际，发动机喷出的高温高速气流会吹起月尘，很可能遮蔽对地测量仪器，造成较大的数据异常波动。为此，仪器需做好隔离、滤波等措施，或者选择可以穿透月尘测量的特殊仪器，以防落月任务功亏一篑。

另外，月球表面地形复杂多变，仪器监测到特殊地理特征时，可能产生大范围数据波动，有必要做好数据分析和处理工作。

新一轮国际探月大潮将月球南极区域作为重点目标，神秘的月球背面也吸引着科学家的目光。当探测器着陆月球背面或南极区域时，由于涉及信号遮挡问题，探测器必须保持对中继星的信号追踪。此外，月球南极区域地形复杂，适合着陆的面积较小，这就要求探测器能够更加出色地处理地形数据，实现高精度着陆，还要做好应急着陆未知地区的预案。

目前，为了进一步提升月面着陆精度，科研人员主要尝试了两种手段，第一种是应用图像匹配技术，第二种手段是尽快建设月球导航星座。未来，月球导航星座有望大幅减少航天器落月任务对测量仪器的需求，提高可靠性，并增加有效载荷。当前，这两种手段已在各国探月任务中初步验证，有望在未来数年内逐步实用化。而随着各国探月计划推进，越来越多的无人和载人航天器将着陆月球，促使人类对月球的认知和开发不断深入。