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私人公司纷纷涌向月球——这对科学意味着什么?

2023-04-19 12:45 作者:三十名八千里  | 我要投稿

2023年,一系列商业探月任务将起飞。第一个着陆器将于本月着陆,这标志着月球科学和探索进入了一个新时代。

美国宇航局的月球勘测轨道器拍摄的图像显示了月球的不同阶段。图片来源:美国宇航局科学可视化工作室

月球即将迎来一些游客——而且不会是通常的嫌疑人。

最早在4月25日,总部位于东京的ispace公司将尝试成为第一家成功登陆月球表面的私人公司。如果宇宙飞船安全着陆,它将把日本宇宙航空研究开发机构和阿拉伯联合酋长国的探测车送到月球。

这将标志着月球探索新时代的开始。作为各公司和国家一系列项目的一部分,一系列飞往地球最近邻居的商业任务将于今年启动。

很多人都乐观地看待这一点,认为这是进一步向太空扩张的开始,”马里兰州格林贝尔特(Greenbelt)蜜蜂机器人公司(Honeybee Robotics)太空系统主管斯蒂芬·因迪克(Stephen Indyk)说,他是美国宇航局月球科学咨询委员会商业顾问委员会的主席。

计算机生成的太空M1着陆器在月球上的图像。来源:ispace, Inc。

古斯塔沃·梅迪纳·坦科(Gustavo Medina Tanco)是准备研究月球的众多研究人员之一。他有五辆自动漫游车,每辆都比他的手掌大一点,目前被塞在宾夕法尼亚州匹兹堡的一艘宇宙飞船里,等待在未来几周内前往佛罗里达州的发射场,然后前往月球。 被称为COLMENA(意思是蜂巢),这将是拉丁美洲的第一次月球任务。

墨西哥城墨西哥国立自治大学的天体物理学家麦地那·坦科(Medina Tanco)是该项目的负责人,他说,有一天,一群这样的微型探测器可以在月球表面漫游,为太空探险者收集水和矿物。“未来就在那里,”他说。“你可以把月球看作一种新经济。”

COLMENA可能会在今年晚些时候搭乘美国宇航局商业月球有效载荷服务(CLPS)项目的首批飞行之一发射升空,该项目从航空航天公司购买飞往月球的航班。该计划的目标是启动一系列的月球之旅,使其更快、更便宜。未来十年内,可能会有十几个或更多CLPS任务发射,将科学和其他有效载荷运送到不同的月球区域(参见“公司前往月球”)。它们可能会为墨西哥等没有强大发射能力的国家首次登月打开大门。

但随着这些公司竞相进入太空,很多事情仍可能出错。世界上只有美国、苏联和中国成功地在月球上着陆和操作过航天器。月球表面布满了未能成功执行任务的碎片,包括2019年坠毁的以色列私人建造的航天器Beresheet。

我担心的是,这些东西能着陆并运行吗?美国国家航空航天局(NASA)前科学主管托马斯·祖布臣(Thomas Zurbuchen)问道。“科学仍然需要证明自己。”

工业增加

最新一波月球着陆器是在私人资助的谷歌月球X奖竞赛的基础上推出的。该竞赛于2007年至2018年期间举办,旨在为第一家在月球上着陆并运行航天器的公司提供2000万美元。没有人获得这个奖项,但它启动了一个羽翼未丰的月球航天工业。

其中就包括ispace,该公司的航天器M1着陆器于去年12月11日发射,并于3月21日抵达月球轨道。M1将下降并降落在月球近侧的阿特拉斯陨石坑。如果这两辆月球车都成功登陆月球,那么日本和阿拉伯联合酋长国将成为第四个和第五个拥有在月球上运行探测器的国家。ispace的最终目标是为未来的探险者展示从月球土壤中获取水的方法。

这次太空任务携带的是阿拉伯联合酋长国的拉希德探测器,这是一位艺术家的印象。来源: Mohammed Bin Rashid Space Centre

如果M1成功着陆,它将击败激发它的东西——美国宇航局的CLPS计划。

CLPS开始于2018年,当时美国宇航局开始将其人类探索计划集中在月球上,Zurbuchen正在寻找一种方法来获得更多的科学成果。他的想法是鼓励工业界制造机器人月球着陆器,而美国宇航局则专注于让人类重返月球表面。在这项计划中,NASA可以向公司支付费用,让它们向月球表面运送科学和探索项目,就像该机构向国际空间站运送宇航员和货物一样。NASA开始通过价值26亿美元的CLPS计划发放合同,旨在让小公司每年都有固定的飞行节奏。

但CLPS的进展比预期的要慢;2018年宣布该计划时,美国宇航局乐观地估计,第一批月球有效载荷将在第二年飞行。然而,许多公司难以开发出承诺的硬件;一些公司已经破产。Zurbuchen说:“坦白地说,我的失望在于它不够快。”

但许多公司仍在向前迈进(参见“企业走向月球”)。在CLPS清单中,首先是匹兹堡的Astrobotic公司和德克萨斯州休斯顿的直觉机器公司的任务。Astrobotic公司的航天器将搭载墨西哥微型探测器,目前正等待搭乘科罗拉多州Centennial联合发射联盟(ULA)的火神火箭的首次飞行。“火神”预计将于5月发射,但在3月的测试中遇到了一些问题;ULA尚未宣布新的发射日期。Intuitive Machines公司的月球着陆器将搭载由加州霍桑SpaceX公司制造的另一种火箭,最早可能在6月发射。

一些公司正在向月球进军

定于4月登陆的太空任务只是商业月球之旅的开始。除了太空任务和太空任务外,所有任务都是美国宇航局商业月球有效载荷服务(CLPS)计划的一部分。

两者都携带科学实验和非科学有效载荷。除其他项目外,太空机器人任务有几台美国宇航局建造的光谱仪来研究月球表面的化学成分,直觉机器公司携带了一套类似gps的信标。未来的CLPS飞行将包括一个用于探测月球表面下的钻头和一个用于绘制月球南极附近冰沉积物的月球车。

令人瞠目结舌的科学

英国米尔顿凯恩斯开放大学的行星科学家Mahesh Anand说,每一次登月都为科学提供了一个新的机会。“我们应该睁大眼睛和耳朵,”他说。

但一些科学家最初对美国宇航局而不是研究人员为CLPS飞行选择着陆点感到不满。作为回应,NASA现在允许研究人员选择未来所有着陆器的地点。它还改变了首次太空机器人飞行的着陆点,从一个基本的位置,选择安全,到一个古老的熔岩流附近的地质有趣的格鲁图伊森圆顶。直觉机器的第一个任务着陆点被转移到月球南极附近的一个地方,美国宇航局计划在那里发射未来的人类任务。

奥兰多中佛罗里达大学的行星科学家Kerri Donaldson Hanna说,能够定制设备在选定的地点着陆可以促进更多的科学研究。她将带领CLPS的第二个任务前往Gruithuisen圆顶,该任务将使用探测器进一步分析那里岩石和土壤的化学成分。她说:“有了这些量身定制的仪器套件,我们可以真正解决具体的问题。”

美国宇航局商业月球有效载荷服务(CLPS)计划的两个早期任务将把Astrobotic的Peregrine着陆器(左)和Intuitive Machines的Nova-C着陆器送到月球。图片来源:NASA/Goddard/Rebecca Roth

到目前为止,CLPS的科学载荷主要来自美国宇航局和美国机构;除了墨西哥的有效载荷外,该计划尚未履行其承诺,使许多正在开展太空计划的国家能够访问月球。还有一些国际合作项目,比如德国科隆航空航天中心建造的辐射探测器,它将搭载在Astrobotic的首次飞行上。该中心的辐射物理学家、首席研究员托马斯·伯杰(Thomas Berger)说,它将成为继中国的嫦娥四号着陆器之后,月球上的第二个辐射探测器,并将为未来的探测器对月球表面的预期提供重要数据。

未来的Intuitive Machines着陆器将携带一对小型韩国望远镜,由位于大田的韩国天文和空间科学研究所(KASI)建造,用于探测高能粒子。“作为韩国人,我们认为有机会访问月球表面是一个重要的里程碑,”kai的天文学家蔡敬辛(Chae Kyung Sim,音)说。她说,韩国已经有一艘名为Danuri的宇宙飞船环绕月球飞行,但能够进入月球表面意味着科学家可以交叉检查对月球磁场等现象的测量结果。

印度计划在今年晚些时候发射月球着陆器,私营公司日益增长的影响力最终可能为其他国家和实体提供进入月球的机会。上个月,航空巨头洛克希德·马丁(Lockheed Martin)在科罗拉多州丹佛市剥离了一家名为“新月空间”(Crescent Space)的公司,该公司与欧洲航天局(European Space Agency)一样,旨在在月球周围建立一个通信和导航卫星网络,作为即将到来的任务浪潮的基础设施。

新月太空公司首席执行官乔·兰登(Joe Landon)说,他的团队已经统计了100多个计划在未来十年前往月球的任务。他表示,去年11月美国宇航局(NASA)的阿耳特弥斯(Artemis)人类探索计划首次成功登月,在一定程度上推动了这一计划,“我们看到这个市场正在发展”。

就像Beresheet任务一样,这些初期的努力可能不会成功,但对月球的商业兴趣似乎可能会增长。除了未来的CLPS飞行,ispace已经在计划明年发射的下一个月球着陆器。以色列SpaceIL公司正计划在2025年进行第二次登月尝试Beresheet 2。

Nature 616, 426-427 (2023)

doi: https://doi.org/10.1038/d41586 - 023 - 01045 - 6

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