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低成本探月接连失败 实施太空任务必须“不差钱”?

来源:科技日报2019-10-08 09:17

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  本报记者 付毅飞

  最近,印度月船二号探测器在落向月球南极的最后阶段突发状况,与地面失去联系,至今“生死未卜”。无独有偶,今年4月,以色列月球登陆器“创世纪”号,也在距离月面10公里时出现故障,摔到了月球表面,功亏一篑。

  这两次任务的成本都不高。“创世纪”号是目前到达月球最小、造价最低的登陆器,任务花费仅1亿美元。月船二号项目成本略高,也不过1.5亿美元。这样的成本与美国航空航天局(NASA)同类项目相差甚远。

  低成本太空任务是不是注定要面临更大的风险?全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩向科技日报记者表示,节约成本不是不可以,但不能一味追求便宜,应更多从技术创新的角度来实现。

  过于强调成本 或增加风险,难获有价值成果

  有报道称,印度的人工费用很低,其高水平航天工程师每月的工资仅为欧美工程师收入的零头,这能为他们的航天项目节约不少成本。

  但想省更多,就要靠技术了。如果有成熟的火箭、航天器,或者完善的地面基础设施,就能缩短研发周期,省下一些技术研发和基础设施建设费用。

  印度此前发射过月球探测器和火星探测器,具备一定技术基础,但技术水平并不很高。

  2008年10月,印度发射了该国首个月球探测器月船一号。这台探测器造价约8300万美元,可以说很便宜了。同时,它的确有些本事。相比我国首个月球探测器嫦娥一号的200公里环月轨道,月船一号直接进入了距月面100公里高度的轨道;其携带的相机性能也不错,获取了分辨率较高的月球地质图、月球矿物图和月球地形图。为了“少花钱多办事”,月船一号搭载了6台国外的载荷,超过了载荷总数(11台)的一半,以弥补自身技术的不足。

  不过卫星平台的缺陷,导致它未能完成为期2年的工作计划。2009年7月,月船一号的星体传感器发生严重故障,一度影响到定向导航。8月29日,地面突然与月船一号失去联系,多次努力均告失败,据判断,探测器的天线已停止工作。虽然NASA于2017年发现月船一号仍在月球轨道上转悠,但再也无法传回数据。

  2013年11月,印度发射了火星探测器曼加里安号,10个月后,该探测器成功进入火星轨道,使印度成为亚洲第一个、全球第四个成功进行火星探测的国家或组织。

  此次火星探测任务的预算只有7300万美元,比许多好莱坞电影都便宜得多(如《地心引力》预算约1亿美元,汤姆·克鲁斯主演的《明日边缘》预算达1.78亿美元),但其技术含量也很有限。

  首先,印度的运载火箭能力不强,其极轨卫星运载火箭的地球同步轨道运载能力只有1吨多,仅为我国长征五号火箭的十分之一。庞之浩说,受火箭运力制约,印度只能拿出“蚂蚁啃骨头的精神”,通过探测器围绕地球多次变轨,才能飞向火星。

  这种比较“原始”的方法,早已不被航天界看好,因为这会消耗探测器大量燃料,直接影响其工作寿命。事实证明,曼加里安号抵达火星后,虽然开展了一些探测,但都是简单重复前人所为,并未获取有价值的科学数据。

  此次月船二号也是如此。庞之浩说,与我国嫦娥三号、嫦娥四号落月时采用大型可变推力发动机不同,印度不具备这种技术能力,因而使用多台发动机并联,通过控制发动机工作数量来调整推力。同时其姿控发动机数量较少,备份也不够。探测器最终坠毁,很可能与发动机在切换时失控有关。

  庞之浩认为,印度虽然实施了一些低成本太空任务,但过于强调成本,一方面会增加风险,另一方面也很难获得有价值的科学成果。如上述工程项目,最终收获以政治意义为主,也具有一定工程意义,但科学价值极为有限。

  论节约的正确方式 钱都花在刀刃上,以创新谋最大效益

  2007年9月,日本也发射了首颗绕月探测器——月亮女神一号。与印度的“穷游”相比,日本走的是“不差钱”路线。月亮女神项目耗资约4亿美元,当时被日本称为“美国阿波罗计划之后规模最大、最复杂的探月计划”。

  常言道“一分钱一分货”,重金打造的月亮女神一号技术十分复杂。庞之浩介绍,其由1个主探测器和2个子探测器组成,搭载了15种精密仪器,有些仪器的探测精度能达到以往同类设备的10倍甚至100倍。这使它能以前所未有的精度对月球进行全面观测,获得了大量全新而且很有价值的探测数据。

  可是,搞航天一定得这么烧钱吗?其实低成本航天活动的成功案例并非没有,我国嫦娥一号任务就是其中一个。

  2004年初,中国探月一期工程立项。国务院批给该工程20亿元经费,实际花了14亿元,其中包括嫦娥一号探测器、火箭的研制,以及2个地面测控站的建设。剩下的6亿元被用于研制备份探测器,即嫦娥二号。按照当时的汇率,14亿元人民币相当于1.7亿美元左右。

  2007年实施的嫦娥一号任务,无论在工程上还是技术上都取得了很大成功。其不仅使我国突破并掌握了大批具有自主知识产权的核心技术和关键技术,也为后续探月及深空探测任务奠定了基础,在科学上取得了许多重要成果,例如获得120米分辨率全月球影像图,探明了14种有用元素在月球的含量与分布等。尤其是我国采用创新思路,凭借1台CCD相机和1台激光高度计解决月面拍摄难题,获得了世界首幅三维立体全月图。

  由于嫦娥一号获得了成功,原本作为其备份的嫦娥二号,成为了探月二期工程的先导星。它不仅在探月成果上更进一步,为后续落月任务探了路,还成功开展了多项拓展试验。其开展的日地拉格朗日2点探测,以及对图塔蒂斯小行星的飞越探测,取得了珍贵的科学数据;最后飞至1亿公里以外,对我国深空探测能力进行了验证。

  可以看出,虽然中国也注重节约成本,但该花的钱并未盲目节省,而是把每一分钱都花在刀刃上,通过技术创新谋求效益最大化。

  如果将中、日、印三国同期发射的月球探测器进行对比,月船一号耗资最少,探测器体积最小、重量最轻,广泛采用了国际合作方式;月亮女神一号最贵、最大、最重,技术含量最高,与嫦娥一号同为自主研制。从任务完成情况来看,月船一号“提前退场”,而中日月球探测器均超期服役,圆满完成了任务。

  庞之浩表示,所谓节约成本,并不能只看眼前利益,一味求便宜,而要从任务全局考虑算总账。例如在载人航天领域,我国天宫一号目标飞行器跨越“登场”,直接跳过了国外先发射两艘飞船验证交会对接技术的过程。又如货运飞船,俄罗斯的做法是将联盟号飞船改成进步号货运飞船,我国天舟一号货运飞船则是在“天宫”基础上改进而成,虽然研制经费较多,但运输能力比进步号多出将近2倍,后期运营成本可以大大节省。

  综合来说,无论是火箭、航天器还是人工成本,都不可能无限制的降低,何况还要付出牺牲任务目标的代价。真正有“科技含量”的节约,是花该花的钱,办更多的事,但这需要以技术创新为基础。

[ 责编:张梦凡 ]
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