2022深空探测与探月：多项任务蓄势待发

文/严南舟

2022年世界深空探测将进入一个新的高发期，美国的灵神号探测器将奔赴小行星主带开展对16号小行星——灵神星的探测，俄欧火星探测器将克服重重困难前往火星，而月球探测也终于在50年的冷寂后再次开始了新的竞争。2022是值得期待的一年，或许也是新的深空竞赛开始之年。

灵神星探测任务

灵神星探测任务是美国宇航局发现级探测任务中的第14项，和露西探测器研究类似的目标——小行星。“露西”已经在2021年底发射，奔赴木星轨道的特洛伊小行星带，而“灵神号”将在2022年8月搭乘猎鹰重型运载火箭发射升空，前往位于火星和木星之间的主小行星带（简称主带），探访和它同名的16号小行星灵神星。

灵神星是一颗巨大的M型主带小行星，其直径达到222千米。M型小行星富含金属元素，几乎就是一大块金属。科学家认为，灵神星可能是一颗早期行星，与火星一样大，它在一系列剧烈碰撞中失去了它的地幔和地壳。因此灵神星可能包含了一些原始行星内核的成分，对于目前仍然无法钻到地球内核的人类来说，研究灵神星或许可以大大增加人类对类地行星核心组成的认识。因此灵神号探测器被选定前往这颗巨大的小行星。

灵神号探测器发射质量为2608千克。探测器由美国喷气推进实验室、劳拉空间公司和亚利桑那大学负责建造。“灵神号”使用劳拉空间公司的SSL-1300通信卫星平台，配置有一对十字形的太阳能帆板，在地球附近可以产生20千瓦的电力，在主带可以产生2.3千瓦的电力，供给其4台仪器和电推力器工作。

▲ 灵神号探测器

▲ 16号小行星灵神星

▲ 组装、测试灵神号探测器

▲ 灵神号探测器的伽马射线和中子光谱仪

灵神号探测器使用的是全电推进——包括轨道控制和航天器姿态控制均使用电推力器进行，这也是第一个使用电推进行姿态控制的深空探测器。灵神号使用四台SPT-140霍尔推力器，比冲1800秒，推力280毫牛。探测器装填了多达922千克的氙气，以供给这些推力器工作，在计划的5年寿命中这些推力器将提供8.2兆牛·秒的总冲。SPT-140推力器最大工作功率为4.5千瓦，用在地球附近的电推加速；而在接近主带时，推力器将以最低900瓦的低功率模式工作。

灵神号探测器将在2022年8月1日协调世界时18时，由猎鹰重型运载火箭发射，猎鹰重型火箭的两个助推器进行海上回收。此次计划中还将携带两项次级载荷：两个Janus小行星探测器。2023年5月23日，灵神号探测器将以最近500千米的距离飞掠火星，借助其重力加速。2026年1月31日，探测器抵达灵神星，开始其21个月的探测。

SIMPLEx-3双小行星伴飞任务

作为比发现级更小一级的任务，SIMPLEx行星科学探测计划的航天器更加小巧且廉价。两个Janus航天器的目的是使用相机对双小行星进行成像，研究双小行星是如何形成的，并评估有关这些系统如何演化的现有理论。

▲ 神灵号探测器的转移轨道示意图

▲ 两个Janus航天器

▲ 罗莎琳德·富兰克林号巡视器和哥萨克舞号着陆器

▲ 罗莎琳德·富兰克林号巡视器和哥萨克舞号着陆器在厂房

Janus A和Janus B是两个相同的航天器，将搭乘用于发射“灵神号”的重型猎鹰运载火箭前往深空。这两个航天器与猎鹰重型火箭的第二级分离后，将在2023年借助一次地球重力助推，以在2026年分别探访两颗不同类别的双小行星。Janus项目仅耗资5500万美元。

俄欧火星联合探测任务

俄欧火星联合探测任务-2022，包括欧洲的罗莎琳德·富兰克林号火星巡视器，以及俄罗斯的火星着陆器哥萨克舞号。这个探测器原计划在2020年7月的奔火窗口和阿联酋的“希望号”、美国的Mars2020以及中国的天问一号火星探测器一起奔赴火星，但由于疫情和无法解决的巨大主伞开伞问题，发射被推迟至2022年9月。俄欧火星联合探测任务-2022由质子M-微风M型火箭发射，这也是该型火箭的最后一发。

俄欧火星联合探测任务-2022计划是欧洲“外空火星”的第二次发射，第一次发射ExoMars-2016，也就是痕量气体轨道器和斯基亚帕雷利着陆器，已于2016年发射升空。痕量气体轨道器将为罗莎琳德·富兰克林和哥萨克舞提供数据中继，而“斯基亚帕雷利”验证进入、下降和着陆期间的导航、制导、控制。虽然斯基亚帕雷利着陆器在进入火星时，因为出现惯性导航单元故障而损失，但欧洲人仍然在努力推进俄欧火星联合探测任务-2022的发射。

“哥萨克舞号”是一个俄罗斯制造的着陆器，重827.9千克。着陆器的80%由拉沃奇金设计局建造，20%由欧空局建造。拉沃奇金将生产着陆系统的大部分硬件，而欧空局将处理导航、雷达和导航系统等要素。2023年6月航天器将着陆在火星北部的奥西亚平原后，火星巡视器将通过坡道从哥萨克舞号着陆器上驶下。预计着陆器将对着陆地点进行成像、监测气候、调查大气、分析辐射环境、研究着陆地点的地下水分布，并对火星内部结构进行地球物理调查。探测器最后携带了13项总计45千克的科研仪器。哥萨克舞号着陆器预计将运行至少一个地球年，其仪器将由太阳能电池板供电。

由于哥萨克舞着陆器的推进系统仅为8台400牛推力器，导致其并不能提供足够的减速能力。为了将这个组合体减速至低速来让平台完成着陆，欧洲人别出心裁地设计了2级主伞——引导伞先牵引出第一级主伞提供减速，减速至亚音速后展开35米直径的第二级主伞。主伞在2020年的测试中频繁撕裂，把任务推到了下一个窗口。

▲ 2021年12月，降落伞终于测试成功了

310千克的罗莎琳德·富兰克林号巡视器从哥萨克舞平台上下来后，将开始它的火星旅行。它配置有一对1200瓦的太阳能帆板，设计寿命7个月。巡视器在火星表面使用自主导航，并且开展火星表面探测。巡视器最主要的仪器为外生物学实验室套件，称为“巴斯德分析实验室”，用于寻找过去生命中生物分子和生物信号的迹象。除9台仪器外，巡视器还将携带一个2米的地下岩心钻，为其车载实验室提取样本。

俄欧火星联合探测任务-2022虽然代表着欧洲人雄心勃勃的火星探测之梦，以及俄罗斯人重返火星的希冀，但其仍然面对巨大的挑战。其降落伞撕裂的隐患仍然存在，而哥萨克舞着陆器的飞控软件存在bug，尚未解决。2022年的窗口进入速度相当大，且处于火星的反日照点，着陆器勉强挨到了火星表面之后，还需要等待数个小时以获得电力，让任务的风险进一步提升。

IM-1/NOVA-C商业月球着陆器

作为2018年3月美国宇航局启动的“商业月球载荷服务（CLPS)”计划的成果，2022年将会有多个月球着陆探测器发射升空。

IM-1/NOVA-C商业月球着陆器是由直觉机器人公司开发的月球着陆器。IM-1/NOVA-C航天器发射质量为1908千克。作为CLPS商业月球有效载荷服务的第一个航天器，NOVA-C将携带5项来自美国宇航局的科学载荷，以及一些商业载荷，以提供月表探测和一些处理原位资源的技术。

IM-1/NOVA-C使用低温的液态氧/液态甲烷推进剂，不同于此前所有的月球探测器。探测器器使用一台15.6千牛主推力器和冷氦推力器，探测器高2.98米，直径约2米，计划在月表工作14个地球日。

▲ 测试中的罗莎琳德·富兰克林号巡视器

IM-1/NOVA-C探测器计划使用太空探索技术公司的猎鹰9火箭在2022年晚些时候发射。肯尼迪航天中心LC-39A已经开始改造以适配IM-1/NOVA-C的整流罩内加注需求。美国宇航局为该项目开发拨款7700万美元。

IM-2 商业月球着陆器

2020年10月，直觉机器人公司被选中，要求在2022年12月之前在月球南极附近着陆其第二个NOVA-C着陆器，也就是IM-2着陆器。IM-2的结构和IM-1几乎相同，其主要有效载荷将是PRIME-1冰钻，它将试图借助质谱仪从月球表面下方收集冰。

另一项µNova载荷将在着陆后与IM-2着陆器分离，并作为一个独立的探测器，探索多个难以到达的区域，如月球表面的深陨石坑。

IM-2任务还将部署一颗月球通信卫星，以保证着陆器和地球地面站之间的通信。

▲ IM-1NOVA-C月球着陆器

▲ “游隼”在月表

▲ 降落在月球表面的“月球25号”效果图

游隼商业月球着陆器

游隼月球着陆器（Peregrine)是由Astrobotic公司和美国宇航局合作研制的CLPS商业月球有效载荷服务计划中的一个探测器。游隼着陆器高1.9米，宽2.5米，使用5台一甲基肼-MON25的推力器完成着陆。“游隼”携带14项有效载荷，总计重35千克。Astrobotic公司称未来可携带最多265千克的有效载荷完成着陆。

游隼月球着陆器将搭乘火神运载火箭的首飞箭飞往月球，不早于2022年6月。

俄罗斯月球25号着陆器

自1976年月球24号采样返回任务以来，苏联/俄罗斯都没有开展过任何月球任务，而计划中的月球25号将是俄罗斯的第一个月球着陆器。俄罗斯人将其名字从月球全球着陆器改为月球25号，以强调苏联月球计划自20世纪70年代以来的延续性，尽管它仍然是月球全球探月计划的一部分。

月球25号计划始于20世纪90年代末，到1998年完成了设计评审，探测器器使用拉沃契金的新深空平台。这也是俄罗斯的首个系列非加压深空平台——通用于火星、金星和月球。但是这个平台的首秀是2011年的“福布斯-土壤”，探测器甚至没有离开低地球轨道，失败对“月球25号”的研发产生严重影响。

月球25号发射质量为1750千克，携带30千克科学仪器，设计寿命为1个地球年。探测器携带9项科学仪器，以及采样分析机械臂。“月球25号”将在月球南极附近的博古斯拉夫斯基陨石坑着陆，旨在探测那里的水冰沉积。这将是俄45年来的首次月面探测任务，也将是其在苏联解体后首次实施落月探测。该探测器仍然使用相当落后的着陆方式——即主发动机第一次点火消除大部分水平速度，第二次点火消除几乎所有速度后关机，2台游动发动机完成着陆。70年代的苏联月球探测器也使用了这种动力下降方式。

由于资金限制、超支、着陆器硬件故障等多重因素，“月球25号”的发射已经推迟数年，目前探测器计划于2022年7月22日使用联盟2.1b-弗雷盖特M火箭在拜科努尔发射场发射。但据一些消息，其飞控软件完成全部测试仍然需要2~3年，意味着这次它可能会和“福布斯-土壤”一样，是一次赶鸭子上架的任务。

▲ 组装中的月球25号着陆器