在21世紀(jì)以前，人們認(rèn)為探測器登陸月球是難度極高的操作，然而，進(jìn)入21世紀(jì)后，中國嫦娥探月工程刷新了人們的認(rèn)知，嫦娥三號、嫦娥四號、嫦娥五號三次登月次次成功，始終保持著100%的登月成功率，這是不是因?yàn)榭萍嫉陌l(fā)展進(jìn)步讓登月變得不再艱難？

嫦娥三號著陸器

嫦娥四號著陸器

嫦娥五號月面采樣作業(yè)

直到近些年，當(dāng)其它國家進(jìn)入登月賽道后，他們又一次刷新了人們的認(rèn)知，印度、日本、俄羅斯、美國等，不論是昔日的航天強(qiáng)國，還是新興的航天大國，都接連在登月任務(wù)中翻車。

以色列創(chuàng)世紀(jì)號著陸器主發(fā)動機(jī)故障后撞擊月球

俄月球-25號著陸器在環(huán)月降軌階段撞擊月球

日本白兔-R著陸器燃料耗盡撞擊月球

除嫦娥系列探測器外，從以色列的創(chuàng)世紀(jì)號探測器開始算起到現(xiàn)在，有8次他國登月任務(wù)，其中只有印度的月船三號登月任務(wù)取得了圓滿成功，其它探測器大部分都是墜落月球表面，少數(shù)任務(wù)是跌跌撞撞地以非正常姿態(tài)著陸，通信失聯(lián)、動力故障、數(shù)據(jù)裝訂錯誤、傳感器故障……各類問題五花八門，即便是圓滿成功登月的月船三號也并不是那么完美，因?yàn)闆]有過月夜設(shè)計，只在月球表面存活了十幾天。

在吸取月船二號登月失敗教訓(xùn)后，印度月船三號終獲成功。

現(xiàn)在看來，不是登月變得容易，而是中國航天足夠優(yōu)秀。

近日，美國又開始了進(jìn)入21世紀(jì)以來的第二次登月任務(wù)嘗試（第一次未能進(jìn)入環(huán)月軌道便失?。?，這就是NASA賦予機(jī)器視覺商業(yè)航天公司的訂單項目——直覺機(jī)器任務(wù)一（IM-1）。

IM-1任務(wù)由該公司研制的“新星-C著陸器”承擔(dān)，該著陸器發(fā)射質(zhì)量1.9噸，比嫦娥三號小了一噸多，但看起來卻很高大，因?yàn)槠渫庥^呈六邊形柱體，高度4.3米，直徑1.6米，配置6條著陸腿，能夠承運(yùn)130公斤有效載荷至月球表面。

新星-C著陸器

新星-C著陸器與火箭末級分離畫面

新星-C著陸器拍攝火箭末級

此次登月任務(wù)有兩個特色，一是首次在地外天體登陸任務(wù)中使用低溫推進(jìn)劑——液氧甲烷燃料，主發(fā)動機(jī)推力3100N，作為對比，嫦娥系列著陸器配置的則是7500N變推力發(fā)動機(jī)。再就是首次登陸真正的月球南極區(qū)域，距離南極點(diǎn)約300公里，在月球南極極圈以內(nèi)。

新星-C著陸器由SpaceX公司的獵鷹9號火箭發(fā)射入軌，于本周五上午7時11分執(zhí)行動力下降動作，整個下降過程持續(xù)約1小時，比嫦娥系列的落月時間更長，隨后地面飛控團(tuán)隊根據(jù)數(shù)據(jù)研判認(rèn)為，著陸器呈直立姿態(tài)成功著陸于月球表面既定著陸區(qū)。

假如新星-C著陸器成功登月，畫面就是這樣的。

當(dāng)天，NASA負(fù)責(zé)人比爾·納爾遜就即興在社交平臺上發(fā)布了一段祝賀詞，他說，今天，美國半個世紀(jì)以來首次重返月球，在25萬英里航行的第八天，直覺機(jī)器公司一生中最精彩的一次著陸，IM-1真是一個壯舉，這對人類來說是多么大的勝利啊，奧德修斯（IM-1）登上了月球。

對于深陷阿爾忒彌斯載人重返月球項目困境的比爾·納爾遜而言，新星-C著陸器成功登月確實(shí)是一劑強(qiáng)心針，畢竟此次任務(wù)也是阿爾忒彌斯載人重返月球計劃框架內(nèi)的商業(yè)月球有效載荷服務(wù)計劃的一次重要的登月任務(wù)。至于“對人類來說是多么大的勝利”，在嫦娥系列任務(wù)面前，這就有點(diǎn)自作多情了。

比爾·納爾遜

話說美國航天雖然實(shí)施過載人登月工程，但截至新星-C登月任務(wù)，美國航天從未掌握基于自主避障技術(shù)的地外天體登陸能力，實(shí)施載人登月任務(wù)時，是基于宇航員的手控操作降落實(shí)現(xiàn)障礙識別與規(guī)避，載人登月之前的無人登月，則是選擇大片開闊平坦區(qū)域盲降。

美國航天在火星登陸任務(wù)中也沒有末端避障設(shè)計，比如機(jī)遇號與勇氣號是氣囊緩沖，巧妙地逃避了自主避障技術(shù)需求，但氣囊緩沖是有重量限制的，比如好奇號與毅力號就無法使用氣囊緩沖，他們應(yīng)用的是地形相對導(dǎo)航技術(shù)，這是利用衛(wèi)星遙感圖像與探測器實(shí)拍圖像進(jìn)行比對，進(jìn)而解算彈道，瞄準(zhǔn)著陸區(qū)，但依舊沒有末端避障技術(shù)，對于撞擊坑不是很多的火星而言，沒有自主避障技術(shù)可以勉強(qiáng)接受，但對于撞擊坑更為密集分布的月球而言，那就是萬萬不行。

新星-C登月任務(wù)的結(jié)果反轉(zhuǎn)也很快，不到一天時間，在正式的任務(wù)發(fā)布會上，直覺機(jī)器公司首席執(zhí)行官史蒂夫·奧特默斯披露，新星-C著陸器在月球表面卡住了一只腳，導(dǎo)致傾斜摔倒……但是，太陽能電池可以發(fā)電，而且能夠維持最低限度的通信功能。

官宣新星-C著陸器摔倒

也就是說，新星-C著陸器現(xiàn)在是橫臥在月球表面，無獨(dú)有偶的是，僅僅一個月前，日本SLIM探月智能著陸器也是非正常姿態(tài)登月，它的姿勢是“倒立”。

日本JAXA的SLIM探月智能著陸器

SLIM的躺平式著陸設(shè)計

日本SLIM探月智能著陸器并沒有嚴(yán)格意義上的著陸腿裝置，設(shè)計上就是利用側(cè)傾摔倒+緩沖吸能裝置進(jìn)行躺平式登月，但也因?yàn)閯恿收蠈?dǎo)致接地速度過大，以致于形成倒立的姿態(tài)。

反觀新星-C著陸器不僅有腿，而且腿還很多，有6條，比一般著陸器的著陸腿還多出兩條腿。

SLIM與新星-C兩臺著陸器之間的同病相憐

半個世紀(jì)前，蘇聯(lián)火星三號定義了地外天體軟著陸任務(wù)的成功標(biāo)準(zhǔn)，就是探測器登陸后，只要能和地球通信，就是還活著，也就是成功的軟著陸。按照這個標(biāo)準(zhǔn)，不論是倒立的日本SLIM，還是美國的新星-C也都算是成功登月了。

但對于向來以高標(biāo)準(zhǔn)要求著稱的國人而言，這當(dāng)然不是成功，而是失敗。

雖然日本SLIM與美國新星-C都不算是圓滿成功，但就獲得的工程技術(shù)能力而言，日本航天的收獲還是更多一些。

要說日本SLIM探月智能著陸器還是很夸張的，在登月最后階段，兩臺主發(fā)動機(jī)中的一臺的噴管直接噴在了月面上（掉落月面），這種故障相當(dāng)少見，即便如此，僅剩的一臺主發(fā)動機(jī)還是將著陸器的下降速度控制在設(shè)計范圍內(nèi)，因?yàn)榻拥厮俣刃?，所以著陸器才沒有被徹底摔壞。

日本SLIM著陸器一臺主發(fā)動機(jī)噴管掉落月面

之所以說日本航天的收獲更大，有兩方面原因，一方面是SLIM探月智能著陸器實(shí)現(xiàn)了高精度的著陸位置偏差控制，也就是“定點(diǎn)著陸”，實(shí)際著陸點(diǎn)相較于地面標(biāo)稱著陸點(diǎn)僅偏差55米，這是地形相對導(dǎo)航技術(shù)的成功，成功驗(yàn)證了著陸器搭載的各類傳感器。另一方面，在以倒立姿態(tài)著陸后，著陸器搭載的探測載荷還能工作，還能將數(shù)據(jù)回傳地球，甚至登陸月面前分離釋放的兩臺可以進(jìn)行自主月面移動的小型探測器也成功工作了，還實(shí)現(xiàn)了對著陸器的影像拍攝任務(wù)。

SLIM基于圖像匹配的地形相對導(dǎo)航技術(shù)演示動圖

反觀美國直覺機(jī)器公司的新星-C著陸器，不論是登月途中的軌跡控制，還是登月后的表現(xiàn)都不如日本SLIM探月智能著陸器。

新星-C著陸器也應(yīng)用了基于地形相對導(dǎo)航的高精度定點(diǎn)著陸技術(shù)，但是在下降過程中就出現(xiàn)了激光測距儀故障，不得不將測距任務(wù)交給NASA蘭利研究中心研制并配置在著陸器上的一臺試驗(yàn)載荷“激光雷達(dá)”。

由NASA提供，安裝在新星-C著陸器上的激光雷達(dá)。

這臺激光雷達(dá)的主責(zé)是在著陸末端為著陸器識別月面障礙物，并選定安全著陸點(diǎn)，但是這臺載荷的測距測速功能是有高度范圍限制的，所以在下降過程中只能作為主導(dǎo)航系統(tǒng)的備份載荷。

不知道激光測距儀故障有沒有影響到新星-C著陸器的登月位置精度控制，既然讓備份上馬，大概率是影響到了。

探測器獲取與著陸點(diǎn)之間的距離、與月面之間的高度，以及探測器自身的速度、姿態(tài)等數(shù)據(jù)，是實(shí)現(xiàn)高精度著陸的前提，這些就是探測器的眼睛，沒有這些數(shù)據(jù)，或者數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大的偏差錯誤，都必將導(dǎo)致登月失敗。

新星-C著陸器的著陸動作分解

登月過程中不僅出現(xiàn)了傳感器故障，在登月任務(wù)的末端環(huán)節(jié)還有問題，著陸器最終傾倒也和速度控制有關(guān)，直覺機(jī)器公司首席執(zhí)行官史蒂夫·奧特默斯說，著陸器的最后下降速度原本應(yīng)該是每秒約2米，但實(shí)際下降速度大約是這個速度的三倍，而且還有大約每秒2米的橫向運(yùn)動。

首先設(shè)計閾值就不高，要知道嫦娥系列著陸器可以適應(yīng)每秒約3至4米的下降速度，很多朋友看到新星-C著陸器的實(shí)際外觀都覺得它的重心太高了，這也許就是其下降速度閾值較低的原因之一。

新星-C著陸器實(shí)物實(shí)拍

另外還有約2米的橫向速度，這對于正常的著陸任務(wù)是不應(yīng)該的，因?yàn)樵谥懩┒硕际敲闇?zhǔn)著陸點(diǎn)垂直降落，不應(yīng)該再有過大的橫向速度。

十年前，嫦娥三號緩速下降段實(shí)拍，畫面有加速。

為什么新星-C著陸器的著陸腿會被卡住，進(jìn)而摔倒？

新星-C著陸器山寨了一款與十年前嫦娥三號著陸器相似功能的載荷，就是前文提到的由NASA提供的“激光雷達(dá)”。

我們的激光雷達(dá)有更準(zhǔn)確的命名——激光三維成像敏感器。十年前，具備末端障礙機(jī)動規(guī)避能力的嫦娥三號終結(jié)了人造無人探測器盲降月球的歷史，這是具有世界領(lǐng)先水平的激光三維成像敏感器賦予的 “機(jī)器視覺”。

當(dāng)嫦娥三號抵達(dá)距月面100米高度時會執(zhí)行懸停操作，激光三維成像敏感器配合測距敏感器工作，可以在3秒時間內(nèi)對著陸器下方月面區(qū)域進(jìn)行激光掃描，并根據(jù)坡度、高度等信息，快速選定安全著陸點(diǎn)，此項技術(shù)是助力嫦娥系列登月任務(wù)三戰(zhàn)三捷的關(guān)鍵核心技術(shù)。

國產(chǎn)激光三維成像敏感器

十年后的美國新星-C著陸器也首次配置了激光雷達(dá)，但為什么我們一舉成功，他們則是一敗涂地呢？

新星-C著陸器的激光雷達(dá)工作效果示意圖

什么“著陸腿被卡住”，這只是浮于表面的借口。

實(shí)際情況有兩種可能：

一種可能是，激光雷達(dá)成功選定了安全著陸點(diǎn)，但由于著陸器下降速度過快，沒有時間進(jìn)行機(jī)動規(guī)避，所以在有橫向速度的情況下落月了。

另一種可能是，激光雷達(dá)工況不佳，未能完全識別月面障礙，導(dǎo)致著陸器傾倒。

話說回來，事實(shí)上，激光雷達(dá)設(shè)想最早由美國提出，但卻由中國率先實(shí)現(xiàn)，十年之后，我們的激光三維成像技術(shù)早已爐火純青，他們還在跌跌撞撞地測試，這就是差距，而且差距還在持續(xù)拉大。

嫦娥三號與新星-C這兩臺著陸器也體現(xiàn)了兩國不同的發(fā)展路線，美國過于迷信商業(yè)航天，將資金分散投資給大大小小的各類商業(yè)航天公司，他們認(rèn)為這可以激發(fā)創(chuàng)新活力，然而創(chuàng)新也是需要在繼承中發(fā)展，否則參與其中的各家公司都從頭開始，要付出的總成本是巨量的，對于這一點(diǎn)NASA不是沒有認(rèn)識，否則新星-C著陸器中也不會有NASA的傳感器載荷。

但是NASA在沒有獲得主導(dǎo)項目成功的前提下，它所能提供的載荷先進(jìn)性與可靠性都必將大打折扣。

嫦娥五號實(shí)現(xiàn)人類首次地外天體環(huán)繞軌道無人自主交會對接

反觀我們，走的則是一條先集中力量辦大事，通過嫦娥系列任務(wù)擁有了一大批成熟可靠的貨架產(chǎn)品與技術(shù)，在這個基礎(chǔ)上再去推進(jìn)深空探測領(lǐng)域的商業(yè)航天事業(yè)，就能少走很多彎路，能提供的各類資源也會更多，更有保障。