明年,月球将成为太阳系中最受欢迎的目的地之一。来自印度、日本、俄罗斯、韩国、阿拉伯联合酋长国和美国的不少于7个代表团,还有几家公司。

美国宇航局的930亿美元的Artemis计划今年的首次发射可能会抢走大部分的风头,因为这是将宇航员送上月球的第一步。但美国只是许多国家和私人公司中的一个,他们很快就计划发射任务,预示着科学家所说的月球探索的新黄金时代。

科学并不是唯一的驱动力。一连串的任务也表明,一些国家和商业机构越来越有雄心展示他们的技术实力,并留下自己的印记,尤其是在登月比以往任何时候都更容易、更便宜的情况下。

例如,韩国的韩国探路者月球轨道器(KPLO)“是确保和验证韩国太空探索能力并获得月球新科学测量的第一步”,位于韩国大田的韩国天文和空间科学研究所的行星科学家Chae Kyung Sim说,他是设计该任务其中一种仪器的科学团队的成员。“我们很高兴加入这一波新的探月任务。”

另外四个国家也计划在2022年登月。日本的SLIM(智能月球探测器)很可能在今年晚些时候发射,它将尝试精确着陆,其精度是其他国家从未达到过的。东京公司ispace也将于今年发射这一任务,这将是日本首次探索月球。

JAXA的智能月球探测器的CG插图。

日本的SLIM任务将测试旨在高精度登陆月球的策略。来源:日本

印度的月船3号,目前正式定于8月发射,但可能会推迟,这将是印度第二次尝试将着陆器和月球车送上月球表面印度之前登月任务的失败

俄罗斯的Luna-25着陆器计划于7月发射到南极地区,这将是俄罗斯自1976年前苏联登月任务以来首次前往月球表面。阿拉伯联合酋长国就是开始第一次探月任务将在今年晚些时候发射一辆名为“拉希德”的火星车。这次飞行可能标志着另一个第一次,即商业任务的首次月球之旅。拉希德将乘坐ispace公司开发的着陆器被送往月球表面,着陆器将乘坐SpaceX公司在加利福尼亚州霍桑市设计的火箭进入月球轨道。其他公司也将作为NASA项目的一部分前往月球,这标志着月球的开始去其他世界的商业旅行

负责这些探险的一些国家太空机构只提供了关于任务和发射时间的很少细节,计划经常变化。科学家们还表示,乌克兰战争很可能会推迟俄罗斯的任务,并可能对其他任务产生意想不到的影响。

无论何时发射,这些任务都旨在提供关于月球的数据流——到目前为止,只有一小部分被探索过。科学家们还表示,这一连串的活动可能会刺激人们更频繁、更便宜地访问月球,并增加国际上对月球研究的兴趣。它还可以为载人月球前哨站奠定基础,这可以为前往火星提供一个发射站。

罗德岛州普罗维登斯布朗大学的行星地质学家詹姆斯•海德说,“有这么多国家参与到这支驶向月球的宇宙飞船舰队中来,这是非常令人兴奋和非常重要的”,他曾在20世纪70年代参与训练美国宇航局的阿波罗宇航员。“有很多悬而未决的问题可以用机器人和人类的各种能力来解决。”

这对研究人员来说是一个巨大的财富

科学家们几乎无法抑制他们对所有这些活动的影响的喜悦。印第安纳州圣母大学(University of Notre Dame)的月球地球科学家克莱夫·尼尔(Clive Neal)说:“如果计划于2022年执行的任务成功,这意味着我们将更频繁地访问月球表面,获得更多数据,最终通过机器人样本返回获得更多样本。”对于尼尔这样的科学家来说,所有这一切“代表着月球科学和探索的复兴”。40年前,美国宇航局(NASA)的阿波罗计划(Apollo)终止后,尼尔经历了月球任务的相对干旱期。尼尔说,这次探险不仅仅是在月球上进行研究,“因为月球是通往太阳系的大门,特别是对人类探索而言”。

鉴于乌克兰的冲突仍在继续,目前还不清楚今年会有多少这样的任务进行。这场战争可能会导致俄罗斯以外的国家延迟发射,因为来自其他国家的一些航天器将需要大型货机运送到发射场,而俄罗斯对乌克兰的袭击已经损坏了世界上最大的货机——安东诺夫安-225。科学家表示,它的破坏可能会对提供此类服务的飞机产生连锁反应。

即使任务按计划离开地球,也不能保证成功。印度最后一次探月任务“月船2号”于2019年成功将一艘航天器送入轨道,但其着陆器和月球车在试图着陆时坠毁。以色列私人研发的Beresheet着陆器也在当年早些时候撞向月球表面。

中国的嫦娥四号和嫦娥五号任务要成功得多,自2019年以来,它们用着陆器和月球车从月球表面收集了大量数据,并于2020年将月球风化层或土壤样本带回地球。中国正计划在2024年发射下一个样本返回任务嫦娥六号。

英国米尔顿凯恩斯开放大学的行星科学家马赫什·阿南德(Mahesh Anand)说,考虑到过去的成功和失败,今年不太可能所有的任务都到达月球。“在所有参与者真正证明他们可以安全登陆月球,并进行有重大价值的科学调查之前,我认为我们必须关注这个太空。”

韩国从轨道上看到的景象

在2022年计划进行的所有任务中,研究人员对KPLO可能产生的科学研究特别感兴趣,这是韩国首次尝试到达另一个天体。预计将于8月发射,该航天器将在月球表面上方100公里的轨道上运行,并运行至少一年。它将配备由韩国领导的团队建造和操作的5台仪器,以及由美国宇航局提供的高灵敏度可见光摄像机“影子摄像机”。

亚利桑那州立大学坦佩分校的马克·罗宾逊是该仪器和美国宇航局月球勘测轨道摄像机的首席研究员,自2009年以来,该摄像机一直在绕月飞行。他说,正如其名称所示,该仪器将窥视月球的深层阴影区域,提供“有史以来第一次对月球永久阴影区域的高分辨率观察”。影子摄像机将帮助寻找极地陨石坑中的水冰,并将寻找与极低温有关的不寻常地质特征。

艺术家对韩国探路者月球轨道器的阴影凸轮绘制月球永久阴影区域的表现。

韩国计划今年发射韩国探路者月球轨道飞行器。它将携带美国宇航局的一种名为ShadowCam的仪器,可以窥视阴影很深的陨石坑,如图所示。来源:亚利桑那州立大学/马林空间科学系统

科学家们也期待着来自韩国任务的PolCam仪器的数据,Sim说这将提供第一张使用偏振光的整个月球地图,这是任何卫星或行星都没有做过的事情。这些数据将根据散射光的方式提供表面材料的结构和大小的细节。

马里兰州劳雷尔市约翰霍普金斯大学应用物理实验室的月球科学家戴维·布莱维特(David Blewett)说,偏振“还没有被广泛用于研究固体行星表面,因此,找出数据可以告诉我们关于月球纹理、组成以及月球上不同位置的地质情况的信息将是很有趣的”,他是美国宇航局资助的月球顶点探测器的首席研究员,该探测器定于2024年发射。

Sim是该仪器背后团队的一员,他说,月球风化层粒度地图是该任务的目标之一,“将有助于为未来的月球着陆器选择着陆点,包括韩国的着陆器”。她说,同样的方法可以帮助科学家研究小行星和其他行星,比如水星。她补充说,轨道飞行器上的γ射线光谱仪将绘制十几种元素的浓度图,这“对于确定月球资源的分布”,以用于未来潜在的开采,这是至关重要的。

加州大学圣克鲁兹分校的行星科学家Ian Garrick-Bethell说,风化层纹理和颗粒大小的地图可以帮助科学家理解“月球科学中的一个大谜团”——月球尘埃的性质,它几乎覆盖了整个月球表面。他说,通过绘制尘埃如何随纬度变化并研究它的其他方面,研究人员希望更好地了解月球在历史上是如何演变的。

加里克-贝塞尔是一个团队的成员,该团队帮助解释来自KPLO磁力计KMAG的月球磁场数据,该磁力计由首尔庆熙大学的太空科学家Ho Jin建造和领导。Garrick-Bethell希望KMAG将有助于解决月球的另一个谜题:科学家们对月球在数十亿年前的早期历史上如何拥有强大的磁场感到困惑,因为它从来没有一个液态铁内核四处晃动,这是产生地球磁场的原因。

他说,月球微小的铁核“太小了,现有的理论都无法解释它曾经是如何产生强大磁场的”。然而,今天从太空中对月球地壳中古老岩石的观察显示,它们具有很强的磁性,是在磁场存在的情况下形成的。“因此,理论和观测之间存在巨大的脱节。”

Sim说,KPLO有望成为韩国一系列登月计划的开始,包括到2030年的样本返回任务。

日本的登陆计划

日本的SLIM任务将于2023年3月前的某个时候从种子岛航天中心发射,这将标志着日本首次到达月球表面。这个大致呈立方体形状的探测器高2.4米,旨在使用高精度的登月技术,使未来的任务能够在特定地点高精度着陆,特别是那些希望在月球两极阴影环形山中找到水冰的探险队。

位于东京的日本宇宙航空研究开发机构(JAXA) SLIM项目经理Shin-ichiro Sakai说:“精确着陆是下一代月球探测的必备技术。”

SLIM计划在拟议目标100米内降落,而不是简单地在具有有利着陆条件的区域。

着陆器上的几个仪器之一是一个多波段相机,它将对矿物橄榄石进行光谱观测。橄榄石最初形成于月球深处,可能会因陨石撞击而暴露出来。

到目前为止,还没有任何任务收集到这些矿物质,科学家们表示,它们可以揭示月球内部的组成、结构和演化。酒井说:“橄榄石已经在月球表面的几个特定点上被发现,SLIM的精确着陆能力将使这种观测得以进行。”

俄罗斯登月之旅

俄罗斯的Luna-25任务将是自1976年苏联的Luna-24样本返回任务以来,俄罗斯向地表发射的第一个探测器。今年1月,位于莫斯科的俄罗斯航天局(Roscosmos)宣布,将于7月底在俄罗斯远东地区的东方港(Vostochny)发射联盟2号(Soyuz-2 Fregat)火箭。俄罗斯宇航局告诉自然该任务将于今年第三季度发射。但乌克兰战争打乱了俄罗斯的一些太空计划,欧洲航天局4月13日宣布将退出月球-25任务。

如果探测器按计划到达月球南极附近的博古斯劳斯基陨石坑北部,它将是第一个到达月球两极的探测器,那里被认为是未来载人基地或定居点的可能水源。

Luna-25将有8个仪器,包括一个机械臂。这将挖掘不同地点的极地风化层,深度为20-30厘米,并将样本送到探测器的光谱仪上,以分析岩石的元素和同位素组成。该任务还旨在探测水。

拉沃奇金研究和生产协会的工作人员在Luna-25月球着陆器上拍照。

俄罗斯计划在今年晚些时候发射月球25号着陆器。图源:Sergey Bobylev/塔斯社/Alamy

Luna-25是计划在未来几年执行的一系列Luna任务中的第一个,计划运行并收集数据一年。

然而,研究人员表示,如果任务推迟,他们不会感到惊讶。阿南德说:“这场战争肯定会对这些事情产生重大影响。

尼尔说,即使这项任务在技术上能够继续进行,俄罗斯经济在制裁面前的崩溃也可能会影响它。“俄罗斯卢布暴跌。这就是为什么我说他们不会发射。如果一切都已预付,或许还有机会,但我对此表示怀疑。”

商业登月竞赛

并非只有国家有登月的目标。美国宇航局正在通过其商业月球有效载荷服务支持一些公司执行相对小规模的任务,该服务旨在让私人着陆器和月球车乘坐商业火箭前往月球。这些商业任务中的第一个,它将侦察资源和收集数据与美国宇航局的阿尔忒弥斯计划计划于2022年底发射。

这将是一场竞赛,看哪家公司首先到达月球表面。日本太空航天公司计划在2022年最后一个季度发射其HAKUTO-R计划的M1任务,并可能击败SLIM登月任务。ispace着陆器包括摄像头、使用人工智能的飞行计算机和固态电池,所有这些都将在极端月球条件下进行测试。

ispace的首席技术官Hideki Shimomura表示,成功发射商业着陆器将是一项“重大的科学成就”,也是向公私合作任务迈出的一步,这将降低登月成本,并可运送许多科学仪器。

他说:“随着通过低成本的交通工具更容易到达月球,私人商业任务将支持频繁的实验和更多的科学活动。”“商业月球探索在世界各地正获得巨大的发展势头。”

这艘太空飞船还将携带由阿联酋穆罕默德·本·拉希德航天中心和JAXA建造的小型月球车。拉希德探测车比无线电控制的玩具车大一点,重10公斤,长50厘米,计划运行大约一个月。

阿联酋月球任务拉希德月球车在通信和机动测试期间拍摄的照片。

阿拉伯联合酋长国的“拉希德”月球车将乘坐日本ispace公司建造的着陆器前往月球。信贷:MBRSC

它携带了一系列仪器,包括一个显微镜成像仪,用于捕捉月球风化层的高分辨率照片。月球车上的朗缪尔探测器将测量月球外逸层中离子和电子的密度和温度,以揭示太阳风是否在月球表面移动尘埃。还有一个热成像相机来研究月球表面,还有一个实验来评估不同的材料如何与月球风化层相互作用,这可能会改善未来飞行器的设计。

JAXA表示,它的月球车是一个小型的两轮“可变形机器人”,将运行几个小时。它将从ispace着陆器展开和部署,收集关于月球风化层的图像和数据,并提供有关驾驶条件的信息,这可能有助于该机构规划未来的宇航员加压月球车任务。

印度对成功着陆的努力

许多科学家表示,由班加罗尔的印度空间研究组织(ISRO)执行的月船3号任务,主要是将着陆器和月球车送上月球表面的第二次尝试。和今年的其他任务一样,它也将前往南极附近的高地。

着陆器和月球车将与月船2号着陆器类似,但将进行修改以确保成功着陆。这次任务将有一个地震仪,一个测量月球热流的实验,以及光谱仪。

今年2月,ISRO宣布该任务将于8月发射,但此后几乎没有提供有关任务或其状态的细节。“如果推迟几个月,我不会感到惊讶,”阿南德说,但他非常希望印度能成功。“每次失败,我们都能学到新东西。”

ISRO尚未对此作出回应自然但该公司董事长索马纳特(s . Somanath)表示《印度时报》他补充说:“测试的清单很长,我们不想在任何事情上妥协。”

人们对月球的兴趣激增,印度也功不可没。在2008年印度月船1号任务中,美国宇航局的仪器发现了水的特征,并且在月球两极可能存在水冰,这是一个重要因素,参与分析的阿南德说月球风化层样本带回地球中国的嫦娥五号探测月球上水的历史。“水的故事有点改变了游戏规则。”

布莱威特说,考虑到中国在月球上的成功,以及美国计划在2025年将人类送上月球,这也有国家声望和地缘政治的因素。

“其他国家想在月球上展示他们的色彩,”他说,也许是在月球表面插一面国旗。

研究人员还认为,国家和私人参与者正在意识到,他们不需要大型火箭、大规模太空计划或巨额资金就能到达月球,他们也将其视为一个潜在的商业机会。

阿南德说:“这种情况已经持续了10年。”“但我觉得这只是个开始。”