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“月球-25”探测器整装待发,俄罗斯重启探月行程
时间:2021-03-31 16:45:25

进入新世纪后,我国的嫦娥探月工程顺利开展,其他航天大国也实施和策划了不少探月项目,使月球再次成为深空探测的热点目标。

对于月球,我们的近邻俄罗斯并不陌生。早在航天时代刚刚开始的时候,月球探测就是苏联的首要深空探索目标。近年来,随着俄罗斯综合国力的逐步恢复,沉寂多年的探月活动再次迎来曙光。在历经数次推迟后,属于俄罗斯探月计划第一阶段的“月球-25”探测器已经整装待发,准备在今年年底由“联盟”号火箭发射升空。

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“月球-25”探测器整装待发

俄罗斯继承了苏联大部分的航天遗产后,由于国力的限制,在很长时间内没有开展月球探测任务。进入新世纪后,随着综合国力的逐步恢复,俄罗斯又提出了宏伟的探月计划:在2019年至2025年的第一阶段,实施多个无人探测任务,着重对月球极区的情况进行研究,同时开始在包括国际空间站在内的多种平台,开发未来载人登月及建造月球基地所需的各种技术,建造和测试用于载人登月任务的大型火箭和新一代飞船;在2026年至2030年的第二阶段,实施取样返回任务,对月球极区土壤进行更加细致的分析,并启动月球基地无人组件的建设,同时继续进行载人登月的准备工作;而在2031年后的第三、第四阶段,则开始建设月球自动站系统,实现载人登月,使月球基地进入全面运行状态。

在历经数次推迟后,属于俄罗斯探月计划第一阶段的“月球-25”探测器已经整装待发,准备在今年年底由“联盟”号火箭发射升空。

按照之前的设计方案,“月球-25”是一种着陆探测器,相比于其他的着陆探测器,其突出的特色是将在月球上部署一个小型的地震监测网,用以探究月球内部的秘密。在接近月球时,“月球-25”会先释放一个高速穿越器模块,这个模块携带了10个彼此独立的高速穿越器。在与“月球-25”实施分离后,高速穿越器模块将会让自己开始打转,并在接近月球的过程中逐步增加旋转速度。在距离月球表面约700公里时,高速穿越器模块的旋转速度已达到每秒20转。此时,它将释放5个高速穿越器。在旋转产生的离心力的作用下,高速穿越器各自飞向不同的方向,在250秒后击中月球表面,形成一个半径约为10公里的圆圈。而剩余的5个高速穿越器,则会在距离月球表面约350公里时释放,形成一个半径约为5公里的圆圈。每个高速穿越器的撞月速度大概在每秒60米至120米,可以利用自身的动能深入到月球表面以下,从而对月球地质活动产生的地震波进行探测,由此推断月球内部结构。

然而,由于俄罗斯长期没有进行过探月飞行,为了降低任务难度,在实际实施的方案中,俄罗斯技术人员不得不暂时舍弃了这种新颖的探测手段,转而采用更保守的设计,仅安装一些常规的探测仪器。但在未来,这种已经进行了一些试验的技术仍然有可能被应用。

与“月球-25”搭档的是“月球-26”探测器。“月球-26”是一种环绕探测器,不在月球着陆,而是在围绕月球的轨道上运行,对月球表面进行高分辨率的遥感探测,并探测月球附近的其他空间环境参数。通过“月球-26”获得的月球全球数据和月球南极区域的数据,俄罗斯的科研人员们将会对未来建设月球基地的选址问题展开研究。同时,“月球-26”还将与“月球-25”开展着陆器与轨道器之间的通信中继试验。

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未来几年探测月球南极并取样

美国的月球勘测轨道飞行器搭载了莫斯科大学研制的中子探测设备LEND,可以探测水和冰在月球表面的分布情况。起初,科学家们认为月球上的水冰主要集中在月球极地附近的深坑中,这些深坑终日不见阳光,不适于航天器长时间工作。然而,通过对LEND数据的分析,科学家们发现有些日照区域可能也存在着水冰,这为着陆探测任务的开展提供了可能。

计划中的“月球-27”探测器将对月球南极可能存在水冰的区域进行钻探探测,其搭载的15台科学仪器是和欧空局合作研制的,将对月球南极地区的情况作出综合研究。“月球-27”探测器目前计划在2025年前后发射。

“月球-28”探测器将在前面几艘探测器的基础上,对月球的南极地区进行更加深入的探测。按照目前的设计计划,“月球-28”在完成着陆后会释放出一台取样月球车,这台月球车上装有初步的分析仪器,可以在一定距离范围对月球土壤、岩石样本的情况进行筛选。科学家们将会根据传回的数据,选择若干个样本,指令月球车进行采集,并装入探测器的收集装置中。之后,探测器的上升段将使用自身动力从月球表面发射,返回地球。

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远景目标是建设月球基地

“月球-25”到“月球-28”的探测区域主要集中在月球南极,这些探测任务一方面可以加深对月球的这一关键区域的科学认识,另一方面也希望为未来的月球基地选定合适的地点。

月球基地的建立要满足许多条件。基地所在位置应该具有良好的与地球进行无线电通信的条件,不能选择在因为潮汐锁定而无法看到地球视角的月球背面。基地所在位置还应该在月球自转的过程中获得尽量多的光照时间,避免长时间处于极寒环境中。此外,月球基地附近应该有水冰和其他自然资源,便于未来在月球上就地取材,为宇航员的生活提供保障。

根据2019年公布的方案,俄罗斯计划在未来建成一个综合性的月球基地,开展月球探测、天文观测和资源开发利用等工作。这种月球基地由四个关键系统组成。运输系统主要负责地球和月球间的人员和货物往来,还要在月球上部署必要的发射装置,保证宇航员能够从月球返回地面;载人系统主要是一个在环绕月球轨道上工作的空间站,作为地球和月球间的中转站;月面系统是月球基地的主题,由若干个舱段组成,是宇航员们在月球工作和生活的地方,也可以在无人状态下完成一些工作;配套系统则为整个月球基地的运行提供必要的保障。

根据已经披露的方案,月球基地初期可容纳2至4位宇航员工作,后期可能增加到十多人。月球基地以无人航天器在月球表面着陆为主要建设方式,一些可以独立工作的科学探测设备在基地周围先期着陆工作,其他需要安装的设备也由无人货运飞船先期运抵月球表面,再由宇航员在月球表面登陆,完成月球基地最后的安装部署。

俄罗斯曾经与美国商讨过在月球附近联合建设环绕月球工作的空间站,但最终未能达成一致。在美国公布的环绕月球的“深空门户”空间站合作计划中,俄罗斯并不是最终的参与国。近期,俄罗斯与我国签订协议,合作建设月球轨道和月球表面的月球科研站。在两国携手努力下,相信月球空间站和月球基地的规模会更大,功能会更全面,推进人类对太空的合作探索与利用。

延伸阅读

苏联探月具有丰富经验

苏联在1957年成功发射世界上第一颗人造卫星“斯帕特尼克1号”后不久,就开始了对月球的探索。由于环绕月球或着陆月球探测都需要复杂的动力装置和测控过程,为了降低任务的难度,苏联的第一个月球探测器“月球-1”计划采用撞击月球的方式实施一次在月球表面的硬着陆。1959年“月球-1”成功发射升空后,在飞行过程中出现了一些偏差,导致其未能撞击月球,而是从距离月球数千公里的地方飞掠,并成为了一颗环绕太阳运行的航天器。虽然没能完成月球探测任务,但“月球-1”仍然是第一个达到第二宇宙速度的人造航天器,其飞行中的探测数据还首次证实了太阳风的存在。在同一年,苏联再次发射了“月球-2”探测器,成功撞击了月球,成为第一个造访月球和第一个造访地球以外天体的人造物体。

1966年,“月球-9”探测器成功实现了在月球上的首次软着陆。在着陆时,“月球-9”使用弹开的气囊作为缓冲,首次在月球表面进行了辐射量等科学测量,还把月球上的景象通过电视画面传回了地球。1970年,“月球-16”探测器实现了人类首次在月球上的采样返回。同年,“月球-17”探测器将“月球车-1”号巡视器带到了月球上,使这台月球车成为了世界上第一台月球巡视器。

苏联时代最后一次无人月球探测是1976年进行的“月球-24”任务。这一时期,苏联的载人登月计划进展不顺利,发生了多次火箭爆炸的重大事故,而美国又成功实施了“阿波罗”载人登月计划,苏联在此领域已失去先机。于是,苏联把航天活动的重点转向了其他方向,停止了探月方面的工作。

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