「先晒太阳,再跳永夜」:嫦娥七号的月面猎冰路线图

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过去二十年,行星探测有一条屡试不爽的剧本:跟着水走。火星如此,现在轮到月球。据 Solidot 报道,中国探月工程的下一站——嫦娥七号,已进入发射准备阶段,发射窗口定在 8 月 24 日上午。它将尝试首次直接在月球南极着陆,到常年不见阳光的撞击坑里,把“月球到底有没有可用的水冰”这个问题从推测变成实测。

事件要点:六天奔月,十一月落坑

按任务规划,嫦娥七号将由长征五号从海南文昌航天发射场发射,约六天后进入月球轨道;随后在轨展开约两个月的准备工作,计划于 11 月实施着陆。预定着陆区是沙克尔顿撞击坑,一个直径约 21 公里的环形山,其边缘已非常接近月球南极点。

探测器的编制堪称“全家桶”:轨道器加着陆器,着陆器上再搭载可月面巡视的巡视器,以及飞跃器。其中飞跃器是本次任务最具想象力的载荷,具备重复起飞着陆、月面飞行与月面行走能力。它的“作战方式”也颇为特别:先在阳光照射区探测并充电,攒够电量后飞入永久阴影区的撞击坑内部作业,再择机撤出。

背景:为什么全世界的探月都盯上了南极

月球南极被视为水冰仓库,靠的是几何条件。月球自转轴倾角极小,极区撞击坑的坑底可以数十亿年不见阳光直射,温度低至约零下 230 摄氏度,任何抵达此处的水分子(比如彗星撞击带来的)都会被这样的“冷阱”牢牢锁住。

人类对月球水的认知是一点点拼起来的:2009 年 NASA 的 LCROSS 主动撞击南极附近的 Cabeus 坑,在溅出物中检测到水;印度月船一号的光谱仪在极区发现水与羟基的吸收特征;2020 年 SOFIA 机载望远镜在克拉维斯坑确认了分子态水;2023 年月船三号在南纬约 69 度着陆,其巡视器在月壤中找到硫等挥发分信号。但这些手段要么是遥感,要么是“擦边”,两极冰库到底多大、什么形态、如何分布,必须走进永夜坑里才能知道。

竞争者的履历同样说明了难度:NASA 专门用于极区猎冰的 VIPER 月球车在 2024 年因成本超支被取消;俄罗斯 Luna-25 于 2023 年在极区着陆时坠毁;美国商业着陆器虽到过极区附近,收获有限。极区着陆要同时对付崎岖地形、极斜的光照和通信遮挡,本身就是一场工程硬仗。

对中国探月而言,嫦娥七号是承上启下的节点:此前嫦娥六号已从月球背面取回样品,之后还有计划于 2028 年前后发射、试验月壤原位资源利用的嫦娥八号,以及瞄准 2035 年前后建成基本型的国际月球科研站(ILRS)。嫦娥七号交出的那份“冰矿藏清单”,将直接影响后续工程建在哪、怎么建。

最有意思的硬件:会跳的那一个

如果说长征五号决定“能不能到”,沙克尔顿坑缘决定“能不能落稳”,那飞跃器决定的是这次任务与其他极区任务的本质区别。

永久阴影坑内部没有阳光,探测器不能靠太阳能板边走边发电,零下两百多度的低温对电池和电子器件也是严峻考验。飞跃器给出的解法朴素而直接:在阳照区充满电,再用电池容量换一段坑内作业时间。每一次降入坑底都是倒计时探险;也正因为如此,它带回的每一组数据都可能是人类第一次拿到。

而如果南极水冰被证实具备可开采规模,月球极区的角色将从“科学的边疆”转为“工程的工地”:水电解可得氧气与氢氧推进剂,而月球的逃逸速度只有地球的约五分之一,在月球补给的深空任务,成本结构会因此改写。这也是各国月球规划不约而同指向极区的根本原因。

简短点评

“跟着水走”的剧本再次上演,但这次人类打算走到冰跟前。嫦娥七号编队里最值得关注的,恰恰是个头最小的飞跃器,它的存在意味着探月工程的能力清单,从“落得稳、走得好”延伸到了“跳得动”。当然,11 月之前一切皆有变数:极区着陆本身就是硬仗,落点又在坑缘,真正的冰仍在坑底的永夜里等着。无论结果如何,当机器第一次被送进月球的永夜坑,这一步本身就值得记下来。

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