【登月 50 特輯】首次登月的阿波羅之後,更多後繼者也想踏上月球(二)

作者 | 發布日期 2019 年 07 月 18 日 14:00 | 分類 天文 , 航太科技 follow us in feedly


如果說美國、前蘇聯、日本是探月先鋒,那麼印度、中國、以色列就是後起之秀。

惦惦吃三碗公:印度

太空探索方面,印度相對容易被遺忘。然而事實上,印度在 1975 年 4 月 19 日(美國登月後 6 年),就從蘇聯火箭發射場發射了第一顆自製衛星「Aryabhatta」,而印度的航太事業也是靠蘇聯技術支援奠基而成。

之後 30 年,雖然印度沒什麼大型太空探索計畫,但專注於製造中大型運載火箭,至今已開發過 4 種類型:衛星運載火箭 3(SLV-3)、加大推力運載火箭(ASLV)、極軌衛星運載火箭(PSLV)和地球同步衛星運載火箭(GSLV),目前主力發射載具為後兩者,不只享譽國際,也打開全球商用衛星發射市場。

▲ 印度自主研發之運載火箭。(Source:印度太空研究組織

極軌衛星運載火箭(Polar Satellite Launch Vehicle,PSLV)為四節火箭,高 44 公尺,直徑 2.8 公尺,1994 年 10 月首次發射成功,成為全球相當可靠又多功能的主力運載火箭,目前有 PSLV-G、PSLV-CA、PSLV-XL 三款以及研發中的 PSLV-3S,前三款負責將衛星送入太陽同步軌道,PSLV-3S 則是三節火箭,目標是將少於 500 公斤的衛星發射到低地球軌道(LEO)。

截至 2017 年 6 月,PSLV 連續 39 次成功執行任務,在 1994~2017 年期間,PSLV 系列火箭總共發射了 48 顆印度衛星、209 顆來自國外客戶的衛星,較知名的發射任務包括 2008 年的月船 1 號、2013 年的火星軌道探測器(Mars Orbiter Mission,MOM)。

地球同步衛星運載火箭(Geosynchronous Satellite Launch Vehicle,GSLV)則是極地衛星運載火箭的改良版,為三節火箭,高 49.13 公尺,目前研發款式為 GSLV Mark II,負責將衛星送入地球同步軌道,2003 年 5 月首次發射成功。

而印度自主研發的重型火箭為 GSLV Mark III,目標是發射地球靜止軌道衛星以及載人太空任務,近地軌道酬載量約 10 公噸(在各大型火箭中居末,作為比較:SpaceX 的獵鷹重型運載火箭近地軌道酬載量約 63.8 公噸),並且預計近日就要發射印度第一個登月探測器「月船 2 號」。

(製表:科技新報)

上述為印度前期太空技術發展情況,到了 2008 年 10 月,印度展開第一個月球探測任務,由該國自主研發的極軌衛星運載火箭帶著自製的繞月衛星「月船 1 號(Chandrayaan-1)」發射升空,攜帶紅外線和 X 射線頻率遙感裝置,目標為繪製月球的化學、礦物學、光學地質特徵,而它最有名的探測結果是幫助在月球兩極地下找到水和水冰證據。

雖然不到一年時間,月船 1 號就與印度太空研究組織(ISRO)失去聯繫,但幸運的是 NASA 在 2017 年重新發現了這顆默默繞著月球軌道運行的衛星。

繼美、蘇之後第 3 個讓探測器登陸月球的國家:中國

日本是全球第 3 個派出探測器和月球打招呼的國家,但中國卻是全球第 3 個成功在月球表面放下探測器的國家,先從繞月衛星講起。

在日本發射月亮女神號後一個月,中國於 2007 年 10 月也自主發射了該國首顆繞月衛星「嫦娥 1 號(Chang’e 1)」,上頭包括 9 件主要儀器:CCD 立體相機、雷射高度計、干涉成像光譜儀、伽馬射線譜儀、X 射線譜儀、微波探測儀、太陽高能粒子探測器、太陽風粒子探測器、大容量存儲器(48 GB),算是首次向世界各國展現他們的太空野心與實力。

2013 年,嫦娥 3 號帶著中國第一艘月球車「玉兔號」,成功在月球雨海西北部軟著陸,成為全球第 3 個在月球表面放下探測器的國家,並且月球車底下裝有測月透地雷達,能一邊行走一邊探測地表以下 100 公尺深度的結構。

2018 年 12 月 8 日,嫦娥 4 號帶著「玉兔 2 號」月球車,搭乘長征三號乙改進 Ⅲ 型運載火箭升空,並於 2019 年 1 月 3 日領先世界,首次讓月球車踏上月球背面的土地。

新創之國突起:以色列

全世界都知道不能小看以色列人,這個國家人口不到 900 萬,人才卻遍布世界各頂尖實驗室、科研機構,而且也能自主研發小型衛星火箭「沙維特運載火箭」,1988 年 9 月首次發射並成功將衛星送入近地球軌道,以色列也因此成為全球第 8 個有能力發射火箭的國家。

而在登月任務方面,以色列更有機會和日本、印度一較高下,看誰先成為第 4 個把探測器放上月球表面的國家。2019 年 2 月時,由以色列非營利機構 SpaceIL 開發的創世紀號(Beresheet)探測器搭著獵鷹 9 號火箭升空,同年 4 月嘗試在月球表面軟著陸,可惜探測器雖然成功繞月飛行,但在下降過程引擎故障失聯而墜毀月面,宣告失敗。

以色列現任總理納坦尼雅胡曾對此表示,一定會在 2~3 年內重返月球,不過 SpaceIL 已經宣布他們的目標不再是月球,雖然在多數人眼中,探測器墜毀月球表面等於任務失敗,但 SpaceIL 認為創世紀號已打破紀錄,未來要推出的創世紀 2 號(Beresheet 2)不必執著於各國熱衷追求的月亮。

登月計畫未來篇:誰會率先重返月球?

今年,以色列原本有機會成為第 4 個讓探測器在月球軟著陸的國家,但顯然著陸技術沒有那麼好掌握;印度則是摩拳擦掌,但為了將任務失敗風險降至最低,只要檢查出一丁半點技術障礙,不管火箭加好燃料了沒都要下台重新進廠房檢修。預估半個月後,印度會公布月船 2 號新的發射日期。

日本登月計畫不斷延遲

雖然在探月方面小有成就,不過日本的登月計畫就有點難產了,由國家單位「宇宙航太研究開發機構」(JAXA)推動的 SLIM(Smart Lander for Investigating Moon)小型登月探測器,最早 2005 年就已有相關提案,2015 年正式通過決案,是日本首個月表探勘任務,原預計 2018 年搭乘愛普瑟隆(Epsilon)固態燃料火箭登陸月球。

然而由於資金不足, 2017 年時 JAXA 宣布 SLIM 延後到 2021 年發射,並且改搭乘開發成本較低廉的 H-IIA 運載火箭;如今又因為預定要一起發射升空的 XRISM 太空望遠鏡出問題,整體行程再延遲到 2022 年 1 月。

反觀,日本民間企業的登月進度可能超越國家機構。一家專注於月球探索的日本公司 ispace 已推出「HAKUTO-R 月球探測任務」,也與 SpaceX 簽訂火箭發射合約,預計 2020 年先發射一顆繞月衛星,如果衛星成功入軌,2021 年就會接著發射月球著陸器與月球車,屆時這些探測器將搭乘獵鷹 9 號 FT Block 5 火箭升空。

▲ HAKUTO-R 任務的月球著陸器與月球車概念圖。(Source:ispace

中國登月計畫按部就班

從第一顆繞月衛星「嫦娥 1 號」,到放下月球車的「嫦娥 3 號」、「嫦娥 4 號」探測器,這些都是中國自 2003 年啟動的「中國探月工程」(Chinese Lunar Exploration Program,CLEP)一部分,計畫預計歷時 20 年,分為「繞」、「落」、「回」 3 個階段,目前中國已走到第二期工程,而第三期工程將由「嫦娥 5 號」探測器接手,預計今年底就會發射。

嫦娥 5 號包含軌道器、返回器、上升器和著陸器,會從月球表面採集 2 公斤土壤返回地球,樣本應該有 2 種,第一是鑽孔取得的深層土壤;第二是用機器手臂取得的表面土壤。

如果以上順利完成,中國可能會繼續開發嫦娥 6 號、嫦娥 7 號與嫦娥 8 號探測器,目標是月球南極的採樣返回、月面試驗。

印度月船二號發射在即

以色列今年登月失敗,緊接著換印度上了。月船 2 號(Chandrayaan-II)探測器原訂於當地時間 7 月 15 日搭著 GSLV Mk III 火箭發射升空、9 月 6 日在曼齊尼 C 隕石坑和辛普路斯 N 隕石坑之間的高地平原著陸,約位於南緯 71 度,如果登陸成功,印度將成為繼前蘇聯、美國和中國之後,第 4 個於月球達成軟著陸的國家。

月船 2 號包含 1 台著陸器「維克拉姆(Vikram)」、1 台月球車「普拉岡(Pragyan)」和 1 台軌道飛行器,帶有一台 α 粒子 X 射線光譜儀,能測量著陸地點的岩石元素組成,並彌補中國嫦娥 4 號未攜帶 X 射線光譜儀的遺憾。

不過最新進度為月船 2 號延遲發射,因為技術人員在火箭升空前 1 個小時才發現無法排除的大問題。

▲ 搭乘 GSLV Mk III 火箭的月船 2 號已在發射台準備完畢。(Source:印度太空研究組織

至於曾在月球探索領域稱霸一時的美國和俄羅斯呢?

美國第二個載人登月計畫上線

從阿姆斯壯登月至今已過了 50 年,繼阿波羅計畫之後,NASA 於今(2019)年公布第二個登月任務:阿提米絲計畫(Artemis),預計 2024 年重返月球。在希臘神話中,阿提米絲是阿波羅的孿生姊姊,同時也是月亮女神,為了讓這項計畫更具代表性,NASA 到時候可能會派女性太空人加入 2024 年登月陣容。

而這一次的登月發射載具為 SLS 火箭,將帶著太空人登陸月球南極。

俄羅斯載人登月計畫時程稍晚

俄羅斯目前則還處於「2016~2025 年聯邦太空計畫」階段,這段期間預計要發射用來研究月球、火星和太陽系其他行星等 8 艘探測器,2021 年試射新一代載人太空船,2023 年首次帶著機組人員前往國際太空站;2025 年後開始全力探索月球,2030 年重新登陸月球。

(首圖來源:pixabay

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