“阿波罗计划之后一切都变了”：为什么 2024 年登陆月球仍然极其困难

阿波罗时代过去 50 多年后，主要政府和资金雄厚的私营公司仍在为登月任务而苦苦挣扎。为什么2024年登陆月球如此困难？

周四（2 月 22 日），一艘名为“奥德修斯”的电话亭大小的航天器创造了历史。 下午 6:23 登陆月球南极美国东部时间，由总部位于休斯敦的 Intuitive Machines 公司建造的奥德修斯号成为 50 多年来第一个登陆月球的美国着陆器，也是第一个到达月球表面的私人着陆器。

但这次成功的着陆远非完美无缺。着陆几天后，很明显奥德修斯在着陆时折断了其六条腿之一，最终侧翻。由于登陆器太阳能电池的电力有限，工程师于 2 月 29 日将其关闭，这可能是永久关闭的。

奥德修斯的挑战加剧了登月麻烦不断的趋势，之前九次登月尝试中有五次对各国和私营公司来说都以失败告终。

几周前，即 1 月 19 日，日本的智能月球着陆器 (SLIM) 航天器成功完成了该国的首次登月——尽管最终在月球表面上颠倒了由于下降过程中发动机故障。不平衡的着陆器的太阳能电池朝向错误的方向，无法为其仪器和通信提供动力，迫使工程师因担心电池放电而将其关闭。就在 SLIM 着陆前 10 天，一艘名为 Peregrine 的美国私人月球着陆器在发射后遇到了许多异常情况，其中包括推进剂泄漏，导致航天器无法登陆月球。它最终改变航线，坠入地球大气层。日本和俄罗斯在 2023 年进行的其他登月尝试也同样以灾难性的坠机告终，这次是在月球本身。

只有五个国家的政府资助的航天机构成功登陆月球：美国、前苏联、中国、印度和日本。迄今为止，只有一家私营公司（Intuitive Machines）取得了成功，而几项引人注目的任务都因技术故障而失败，这些技术故障导致了对速度、高度和方向的致命判断——这鲜明地提醒人们，即使在阿波罗宇航员登月半个世纪之后走在月球上，我们最近的天体邻居仍然是一个充满挑战和危险的目的地。

那么，什么给出呢？人类在登月方面变得更糟了吗？或者我们只是在努力应对技术进步的新时代，就像阿波罗任务背后的团队所做的那样？

“自阿波罗登陆以来，我们并没有变得‘愚蠢’，”墨尔本佛罗里达理工学院物理和空间科学教授 Csaba Palotai 告诉《生活科学》。今天的技术明显进步了；你的手机的计算能力比 20 世纪 70 年代的电脑还要强大。 “但自 70 年代以来，着陆器上就没有宇航员和飞行员来纠正计算机无法或不会纠正的问题，”帕洛泰补充道。

技术领先（再次）

无论有没有人类飞行员，登陆月球都是困难的。

一个主要障碍是月球实际上缺乏大气层。帕洛泰说，月球大气层非常稀薄，并且会随着时间的推移而变化，这使得工程师无法使用降落伞来减慢航天器的速度。相反，任务使用燃料驱动的推进系统下降到月球表面，这使得将航天器从每秒几公里减速到完全停止变得具有挑战性。

然而，这一挑战和其他月球探索挑战并不新鲜。

虽然阿波罗计划最终成功地将人类送上月球，但它是一个在成功之路上多次失败的大型计划的顶峰。美国和苏联早期尝试将航天器送上月球的尝试屡屡失败，包括发射后爆炸、制导系统故障以及太阳能电池板部署的致命错误。即使是历史性的阿波罗 11 号任务（将宇航员尼尔·阿姆斯特朗和巴兹·奥尔德林送上月球），其燃料也严重不足，并且在登陆月球之前面临多个意外警报。

“人们往往会忘记那些任务失败，因为这是学习过程的一部分，”美国宇航局资助的科罗拉多大学博尔德分校探索和空间科学网络主任杰克伯恩斯说。这种体验式学习的定位正是目前月球任务，尤其是越来越多的私人资助任务的所在。 “登陆月球仍然很困难，但也并非不可能，”他说。

伯恩斯和其他专家一致认为，自阿波罗计划以来，一切都发生了变化，包括 60 年代和 70 年代将人类送上月球并返回的现已过时的技术。阿波罗计划的工程师们建造了他们那个时代的第一台计算机，其中包括的传感器后来变得更加强大，但尺寸仅为原始尺寸的一小部分。为阿波罗计划定制的许多软件和架构对于今天的太空任务实际上毫无用处。

此外，“这一代人现在已经退出了这个行业，很多知识都已经丢失了”，总部位于匹兹堡的 Astrobotic Technology 公司的首席执行官约翰·桑顿 (John Thornton) 说道，该公司创建并运营了 Peregrine。 “我们正在重新学习如何做到这一点，但我们也在学习新的、不同的技术。”

人类最后一次登上月球半个世纪后，比美国宇航局还小的组织在新一代工程师的支持下，承担起了过去只有政府才能完成的同样的挑战。帕洛泰、桑顿和伯恩斯将最近的登月任务失败视为新行业的自然发展。

“就我个人而言，我并不担心，”伯恩斯说。 “这只是成长烦恼的一部分。”

为负担得起的月球任务铺平道路

虽然技术问题影响任务的结果，但资金决定了发射前为降低风险而进行的软件和硬件测试的程度。

“如果我们有十亿美元来完成这项任务，我们成功的机会就会大大增加，”桑顿谈到注定失败的游隼号时说道，其任务失败的调查预计需要一两个月的时间。 “但我们正试图以更低的成本做到这一点，这意味着你必须尝试更多次才能达到突破性的时刻，‘好吧，现在我们确切地知道如何在这个价位上做到这一点。让我们继续一次又一次地这样做。”

早在上世纪 60 年代和 70 年代，在美国和苏联太空竞赛最激烈的时期，阿波罗计划是 NASA 工作的核心，航天局的预算是目前的 10 倍来完成同样的事情。 1960 年至 1973 年间，NASA 在阿波罗计划上花费了 258 亿美元（根据通货膨胀调整后为 2570 亿美元），并得到了美国联邦预算总额近 5% 的支持。

相比之下，美国宇航局 (NASA) 目前收到的联邦总支出不到 0.5%，而且该预算还为前往月球以外目的地的任务提供资金。

“这改变了一切，”桑顿说。当时，NASA 很乐意开发耗资数百亿美元的东西。相比之下，如今该行业正试图以约 1 亿美元的价格建造航天器，这是一个负担得起的价格，这对于日常飞行至关重要。这个问题与阿波罗时代的问题有着根本的不同。 “需要时间来学习如何在这个价位上做到这一点，”桑顿说。

英国莱斯特大学天体物理学和空间科学教授马丁·巴斯托 (Martin Barstow) 告诉《生活科学》杂志，降低任务成本也会增加失败的风险，至少在开始时是这样。因此，“如果其中一些方法不起作用，我们不应该感到太惊讶，”巴斯托补充道。

第一次商业胜利

奥德修斯号宇宙飞船于2月22日成功着陆，标志着商业航天行业取得了可喜的突破。

着陆器（绰号“Odie”）向月球运送了 12 个有效载荷，其中包括 6 个 NASA 科学仪器。为此，航天局通过其商业月球有效载荷服务计划 (CLPS) 向 Intuitive Machines 支付了 1.18 亿美元，该计划旨在授予私营公司合同，将实验发送到月球，而不是 NASA 自己做。 （NASA 每次登月任务的成本高达 10 亿美元。）

作为同一 CLPS 计划的一部分，Astrobotic 计划于今年 11 月发射其第二个机器人月球着陆器 Griffin 和水猎车。

编者注：本文于 3 月 1 日更新，添加了有关奥德修斯着陆器任务的新信息。