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猎户座飞船的艺术想象图(图源:NASA)

撰文丨鞠强

6月2日6时23分,人类历史上首个月背采样返回探测器——嫦娥六号成功着陆在月球背面南极-艾特肯盆地预选着陆区,之后,这枚探测器将按照计划进行月背采样,然后返回。

中国的“嫦娥六号”月背探测器,印度的“月船3号”月球探测器,日本的小型月球探测器SLIM,以及,美国的登月版星舰……

新一季的人类探月传奇又开始了吗?

回想上世纪的60年代,美国和苏联两个超级大国开展全方位的竞争,太空成了主战场之一,月球成了竞相争夺的阵地。苏联在1966年首次完成探测器月表软着陆,抢占先机;而美国则在1969年实现载人登月,登月竞赛达到高潮。此后,耗资巨大的月球探测的政治意义逐渐消失,科学和经济意义也不明显,一场轰轰烈烈的探月竞赛无疾而终,月球沉寂,不再是太空探索的焦点,几乎被人类遗忘。

而新世纪的这一场大国纷纷入局的月球争夺战究竟意味着什么?一场新冷战又开始了吗?人类能从这次的月球探测中得到什么?

美国,商业航天崛起,九天揽月能成为生意吗?

本次的探月潮与60年前的那场探月潮有何区别?

答案之一,也许可以总结为:人类对月球的科学和资源价值有了更深入的了解,且人类本身的技术积累,也到了该走向月球的时候了。

20世纪90年代以来,随着美国的探测器在月球上发现有水存在的证据,科学界开始逐渐认识到月球在揭开太阳系和地球的起源谜团、建设未来星际旅行前进基地、获取地球稀缺资源等方面的重要意义。而更为重要的是,今天的人类,从科技实力到工业实力,与60年前相比,都是不可同日而语了。

发现月球上有水存在的证据后,美国重新认识到月球的价值,决心在探月这个领域内再次发力,并制定了雄心勃勃的探月计划,希望在新一轮探月热潮中扮演领导角色。

21世纪初,美国提出了重返月球的“星座计划”(Constellation program)。但究竟是重返月球,还是前往火星,美国航天界内部存在激烈的争论。美国前总统奥巴马在2010年取消了重返月球的计划,强调前往火星的重要性。特朗普当选美国总统后,为了凸显与前任总统、民主党人奥巴马的不同,把重返月球置于更加重要的位置。

2017年10月,美国国家航空航天局(NASA)正式公布了重返月球的“阿尔忒弥斯计划”(Artemis program)。这个计划以希腊神话中太阳神阿波罗的孪生姐姐、月亮女神阿尔忒弥斯的名字命名,目标是航天员重返月球并在月球建立永久基地,为载人登陆火星和更遥远的深空探测任务进行准备。

北京时间2022年9月4日凌晨,阿尔忒弥斯1号(Artemis I)从美国肯尼迪航天中心成功发射升空,迈上奔向月球的旅程。在这次无人任务中,NASA测试了新一代重型火箭太空发射系统(Space Launch System,SLS),同时验证执行环绕月球任务的猎户座飞船(Orion)的性能和安全性。星座计划虽然被取消,但当时研究的飞船被保留下来,就是今天阿尔忒弥斯计划中的猎户座飞船。

阿尔忒弥斯1号发射升空(图源:NASA)

猎户座飞船的艺术想象图(图源:NASA)

在阿尔忒弥斯1号之后,阿尔忒弥斯2号原计划在2024年发射,这将是阿尔忒弥斯计划中的首次载人飞行,航天员会搭乘猎户座飞船环绕月球。阿尔忒弥斯3号原计划不早于2025年发射,航天员将在这次任务中登陆月球。不过,这两次任务现在已经分别推迟到2025年9月和2026年9月。

随着以太空探索公司(SpaceX)为代表的商业航天公司的崛起,美国登月计划中出现了NASA之外的身影,商业航天公司的参与也是此次登月与阿波罗计划的显著不同。NASA已经选定SpaceX开发的登月版星舰(Starship)作为在阿尔忒弥斯3号任务中执行载人登月的着陆系统,而在竞标阶段,蓝色起源(Blue Origin)和戴尼克斯(Dynetics)两家公司都提交了各自的月球着陆系统方案。

登月版星舰在月球表面的艺术想象图(来源:SpaceX)

北京时间2024年2月23日,美国直觉机器公司(Intuitive Machines)的奥德修斯探测器(Odysseus)成功在月球表面软着陆并传回数据,成为有史以来第一个在月球成功着陆的由商业航天公司开发的探测器,也是美国自1972年的阿波罗17号以来,时隔半个多世纪再次有探测器在月面着陆。

中国,后来居上

中国虽然缺席了第一次探月热潮,但在综合国力不断提高、空间技术不断发展的背景下,成功进入了第二次探月的赛场,并逐渐从跟跑、并跑,发展到在某些领域内领跑。

2004年,探月一期工程立项,中国探月工程(“嫦娥工程”)正式启动。中国的月球探测分为三个阶段,分别是无人月球探测、载人登月和建立月球基地,而第一个阶段又分为绕月探测、落月探测和采样返回,就是我们常说的“绕、落、回”三步走。

20年来,嫦娥工程取得了丰硕成果。嫦娥四号实现人类航天器首次在月球背面软着陆,嫦娥五号实现月球采样返回,第一阶段的三步走已经完美收关。目前,第二阶段和第三阶段正在稳步推进:2030年前中国航天员将登陆月球,2035年在月球南极建成国际月球科研站基本型。

在嫦娥五号任务圆满成功后,作为嫦娥五号备份的嫦娥六号就有了新的使命,并将和嫦娥七号、嫦娥八号共同组成中国探月工程四期:嫦娥六号执行月背采样返回任务;嫦娥七号将于2026年前后发射,开展月球南极环境与资源勘察;嫦娥八号将于2028年前后发射,开展月球资源原位利用试验。

嫦娥六号结构示意图(来源:探月和航天工程中心)

2024年5月3日,嫦娥六号发射升空,顺利进入地月转移轨道,发射任务取得圆满成功,开启预计为期53天的旅程。5月8日,嫦娥六号成功实施近月制动,顺利进入环月轨道。此后,嫦娥六号将在鹊桥二号中继星的支持下,择机实施轨道器返回器组合体与着陆器上升器组合体分离,后者将在月球背面的南极—艾特肯盆地着陆,开展月球背面采样返回任务。这是人类首次实施月球背面采样返回任务。

嫦娥六号发射升空(来源:国家航天局)

嫦娥六号顺利进入环月轨道(来源:国家航天局)

5月30日,着陆器与上升器组合体和轨道器与返回器组合体实现在轨分离。

6月2日6时23分,嫦娥六号着陆器和上升器组合体在鹊桥二号中继星的支持下,成功着陆在月球背面南极—艾特肯盆地预选着陆区。此后,着陆器将正式开始持续约2天的月背采样任务。这是人类首次实施月球背面采样返回任务。

嫦娥六号着陆器降落相机拍摄的嫦娥六号着陆月背过程中的图像(来源:国家航天局)

国家航天局在2021年发布了《国际月球科研站合作伙伴指南》,指南指出:国际月球科研站以“和平利用、平等互利、共同发展”为宗旨,通过多国合作,在月球表面和月球轨道共同建设长期自主运行、短期有人参与,可扩展、可维护的综合性科学实验设施。嫦娥六号、嫦娥七号和嫦娥八号是国际月球科研站基本型建设阶段的重要任务。

2024年4月24日,在中国航天日主场活动开幕式上,国家航天局发布了国际月球科研站概念视频,展示了月球科研站的未来场景,介绍了最新相关合作进展,宣布国际月球科研站新增尼加拉瓜、亚太空间合作组织、阿拉伯天文学和空间科学联盟3个合作国家和机构。

日印俄纷纷加入,热火朝天的国际探月热潮

在20世纪60年代的探月热潮中,只有美苏两个超级大国之间的竞争,其他国家都只能旁观。而这一轮探月热潮的一个显著特点是有越来越多的国家入局,除了瞄准载人登月的中美两国外,传统航天大国俄罗斯以及探月新势力印度、日本都在扮演着重要的角色,此外还有更多国家以不同形式加入。特别是在竞争之外,这次探月热潮中有了更多合作的元素。

中国在开展月球探测时秉持着开放合作的态度。在嫦娥六号上,除了我们国家的科研仪器外,还搭载了法国的氡气探测仪、欧洲空间局的月表负离子分析仪、意大利的激光角反射器以及巴基斯坦的立方星。而在今年中国航天日的主场活动中,除了公布国际月球科研站的最新合作进展外,国家航天局还宣布嫦娥七号任务将搭载埃及、巴林、意大利、俄罗斯、瑞士、泰国、国际月球天文台协会等7个国家、国际组织的6台载荷共同奔赴月球。

美国除了实施阿尔忒弥斯计划外,还提出了一个《阿尔忒弥斯协定》(Artemis Accords)。2020年5月15日,时任NASA局长吉姆·布里登斯廷(Jim Bridenstine)公布了这个协定的内容。截至2024年5月底,有40个国家签署了这个协定。这些国家将根据《阿尔忒弥斯协定》,与美国在阿尔忒弥斯计划中进行合作。

无论是独立开展月球探测,还是进行国际合作,新一轮探月热潮升温趋势明显。从2023年下半年开始,月球变得热闹起来,除了嫦娥六号和奥德修斯探测器外,俄罗斯、印度和日本也发射了各自的月球探测器。

苏联虽然在和美国的载人登月竞赛中败下阵来,但在月球探测领域也曾取得令人瞩目的成绩。苏联解体后,俄罗斯继承了苏联航天的衣钵,也有意重启探月行动,但在综合国力显著下降的背景下,受制于资金缺乏、技术落伍、人才流失等因素,始终没有迈出具有实质性意义的一步。直到“月球-25号”月球探测器(Luna-25)在2023年8月11日发射升空,才打破了苏联/俄罗斯在月球探测领域近半个世纪的断档(苏联/俄罗斯的上次月球任务还是“月球-24号”于1976年8月18日成功在月球表面着陆,并从月球带回了土壤样品)。

“月球-25号”发射升空后,经过轨道修正,顺利接近月球,还拍摄了月球表面的图像。8月13日,俄罗斯科学家就收到了“月球-25号”在飞往月球的过程中获得的首批探测数据。但在8月19日,“月球-25号”的发动机工作出现异常,后与地面的通讯中断。8月20日,俄罗斯国家航天局宣布,“月球-25号”坠毁在月球表面,任务失败。

“月球-25号”在月面着陆的艺术想象图(来源:NASA)

几乎就在“月球-25号”向月球进发的同时,印度也向月球发射了探测器。2023年7月14日,印度“月船3号”(Chandrayaan-3)发射升空。在此之前,印度先后在2008年和2019年发射了“月船1号”和“月船2号”,这两次任务虽然都没有取得完全成功,但都为印度探月积累了宝贵的经验。

北京时间8月23日20时34分,“月船3号”成功在月球表面着陆,印度成为苏联、美国、中国之后世界上第四个在月面实现软着陆的国家,成功迈入“登月俱乐部”。作为新兴航天大国,印度在实施月球和火星探测的过程中逐渐积累起丰富的深空探测经验,为接下来的探测任务打下了基础。在执行“月船3号”计划的同时,印度已经在筹划后续任务,包括“月船4号”和“月船5号”。印度计划在“月船4号”任务中与日本进行合作,联合开展月球极地探测工作;而在“月船5号”任务中,印度将独自行动,同样把目标瞄准月球的南极地区。

“月船3号”在月面着陆的艺术想象图(来源:NASA)

日本在月球探测中也不甘落后。21世纪初以来,日本实施了一系列月球探测,轨道探测器月球女神号传回了重要的月球数据。2023年下半年的奔月热潮中也有日本的身影。2023年9月7日,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)的小型月球探测器SLIM发射升空,并于东京时间2024年1月20日成功在月球着陆,日本成为第五个成功落月的国家。

除与印度合作外,日本最重要的探月合作伙伴就是美国。日本此前已经参加了美国主导的阿尔忒弥斯计划。根据美日两国达成的合作协议,美国将为日本提供2次登月机会,而JAXA将与丰田公司合作开发载人加压月球车,为登月计划提供支持。

日本载人加压月球车概念图(来源:丰田公司)

美国东部时间2024年4月10日,日本首相岸田文雄和美国总统拜登在白宫举行联合新闻发布会。拜登在新闻发布会上宣布,两名日本航天员将参加美国的登月任务,并称美国的目标是让其中一人成为“首位登上月球的非美国人”。

各国探月动力何在?

从某些角度来看,冷战时的登月竞赛,有点像摸高跳,美苏两个大国争相起跳,摸一下目标便好,甚至并没有真正考虑过登月能为自己带来什么,并计划好登月之后要做什么。而今天的登月,更像一场目标明确的赛跑,终点就在眼前,大家都有机会。而对于这些踊跃的参与者而言,他们对于自己的目标和到达终点后的下一步计划,都相当明确。

今天的各国选择主导或者参与月球探测,都有基于本国情况的多方面考虑。

像美国,NASA就在官网上列举了5条美国重返月球的理由:一是对包括探索火星在内的一系列未来探索计划所需的技术、能力和商业路径进行验证;二是通过对月球的研究来了解地球、月球和太阳系的起源和历史;三是扩大美国的全球经济影响力,同时在月球上建立美国的领导力并显示美国的存在;四是拓宽贸易和国际合作伙伴;五是激励下一代投身科学、技术、工程和数学(STEM)。

这5条理由很有代表性,我们可以从中看到科学、技术、经济、政治、教育等方面的多重意义。在科学方面,科学界已经达成共识,研究月球对我们理解地球和太阳系的起源和演化有着至关重要的意义。在技术方面,月球探测不仅可以如其他航天任务一样带动相关技术的蓬勃发展(正如美国从阿波罗计划中获得的巨大技术收益),还可以为未来的火星探测和更遥远的星际旅行进行技术储备。在经济方面,月球储藏着大量资源,是目前最具开采前景的地外宝库,可能成为地球能源危机和气候危机的解决方案。

不过,即便被注入了更多的实用考虑,这一轮探月热潮虽然不再具有20世纪60年代时两个超级大国进行全球争霸的冷战背景,却也具有很强的政治意义,“在月球上建立美国的领导力并显示美国的存在”就清晰表达了这种政治意义。例如,日本加入阿尔忒弥斯计划、与美国开展探月合作,既有技术方面的考量,更是日本巩固日美同盟、在地缘政治上紧跟美国的体现。拜登和岸田文雄的联合声明就表示:美国和日本的合作已经延伸到太空,两国正在“引领重返月球和太阳系探索的道路”。

目前,中、美、俄、印、日等航天大国在投身月球探测时,既制定了独立的任务,也在寻求同其他国家的合作。而对于更多参与中美两国主导的探月任务的国家来说,本身不具备独立探测月球甚至执行航天任务的能力,参与探月的动力则主要来自两个方面:一是培养相关领域的人才,促进本国科技的发展;二是维护友好关系,以科技合作撬动更多其他领域的合作。

地球是人类的摇篮,但人类要想实现未来的发展,就必须走出摇篮,探索更广阔的宇宙。在这条征途上,月球将是一座里程碑。根据目前的计划,未来几年内中美都会实现载人登月,月球基地建设也会稳步推进。在国际局势动荡、气候危机加剧的背景下,寄托着全人类梦想的月球探测,也许可以给出一个加强合作、共创未来的范本。

参考文献:

[1]https://www.cnsa.gov.cn/n6758823/n6758844/n10518102/n10518147/c10522320/content.html

[2]https://www.cnsa.gov.cn/n6758823/n6758838/c10517520/content.html

[3]https://www.nasa.gov/what-is-artemis

[4]https://www.nasa.gov/press-release/liftoff-nasa-s-artemis-i-mega-rocket-launches-orion-to-moon

[5] https://www.exploration.jaxa.jp/news/newspage/20240411.html

 

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由饶毅、鲁白、谢宇三位学者创办的移动新媒体平台,现任主编为周忠和、毛淑德、夏志宏。知识分子致力于关注科学、人文、思想。我们将兼容并包,时刻为渴望知识、独立思考的人努力,共享人类知识、共析现代思想、共建智趣中国。

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