在古希腊史诗《奥德赛》中,伊萨卡国王奥德修斯坚定地航行于险恶的水域,以返回家园。最早在今年情人节,一艘同名的航天器将尝试一次危险的旅程:自1972年以来美国首次在月球上软着陆。
最早在美国东部时间2月14日凌晨12:57,由位于休斯顿的直觉机器公司建造的一架14英尺高的月球着陆器将搭载SpaceX猎鹰9号火箭发射升空。这艘名为“奥迪”(Odie)的航天器——奥德修斯的简称——将携带各种载荷,从美国国家航空航天局的科学仪器到艺术家杰夫·昆斯的一组雕塑。“奥迪”的目的地:距离月球南极不到200英里的一个陨石坑。
这项名为IM-1的任务是在美国国家航空航天局的商业月球有效载荷服务(CLPS)计划下进行的,该计划鼓励私营公司接管向月球运送物资和科学仪器的任务。直觉机器公司是众多公司之一,它们都在争夺成为首家在另一个天体上软着陆航天器的私营公司。
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直觉机器公司空间系统副总裁特伦特·马丁在1月31日的新闻发布会上表示:“我们理解并欢迎我们的IM-1任务所承担的责任。我们的客户、员工、他们的家人、我们的股东以及整个国家的月球行动的希望和梦想都已囊括其中,准备发射。”
该任务标志着CLPS计划的一项重大考验,该计划将向私营公司支付高达26亿美元的月球运送费用。美国国家航空航天局希望通过该计划节省大量资金。2019年,直觉机器公司获得了美国国家航空航天局的IM-1合同,目前价值1.18亿美元。这比该机构历史上建造自己的月球着陆器的费用要少。
美国国家航空航天局还希望CLPS计划能够提高机器人月球任务的频率。IM-1将是继1月份Astrobotic公司的“游隼”任务之后发射的第二个CLPS任务,今年年底前还将有最多四个CLPS任务发射。“高频率的承诺确实令人信服,”美国国家航空航天局空间技术任务理事会代理首席架构师米歇尔·芒克说。“在几年内就能够拥有有效载荷,对其进行改进并再次飞行,这真是一个非常独特的机会。”
但是,为了换取更低的成本和更快的周转时间,美国国家航空航天局允许私营公司设计和运营自己的月球着陆器,并且该机构正在承担任何一个CLPS任务失败的更高风险。从历史上看,大约每九次尝试的月球任务中只有五次成功。目前还没有商业航天器在另一个天体上安全着陆。
上个月,总部位于匹兹堡的Astrobotic公司发射了其“游隼”月球着陆器,携带了美国国家航空航天局和非美国国家航空航天局的各种有效载荷,但该航天器在发射后不久就遭遇了严重异常。“游隼”号在太空中存活了一个半星期,但泄漏了太多燃料,无法尝试月球着陆。相反,Astrobotic公司通过让航天器再入地球大气层并烧毁的方式将其处理掉。
美国国家航空航天局科学任务理事会探索部门副主管乔尔·卡恩斯在1月31日的新闻发布会上表示:“我们要求行业做的事情——在月球表面软着陆和运行——一点也不容易。这极其困难。”
即使是国家航天机构建造的月球着陆器也遇到了障碍。1月19日,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)建造的着陆器SLIM——完整地到达了月球表面,并成功部署了两辆漫游车,使日本成为第五个在月球表面软着陆的国家。然而,SLIM以一个角度着陆,最初阻止了阳光照射到其太阳能电池板,这限制了其可用电力。SLIM在为期两周的黑暗、极度寒冷的月夜之前,于1月31日进入休眠状态。
勘察月球南极
应美国国家航空航天局的要求,IM-1的目标着陆点是马拉珀特A陨石坑,该陨石坑位于月球南极区域,靠近美国国家航空航天局“阿耳忒弥斯III”任务的拟议着陆点。如果“奥迪”号成功着陆,IM-1将标志着继印度的“月船3号”任务之后,月球南极区域的第二次软着陆。
“奥迪”号将是直觉机器公司Nova-C级月球着陆器的首个发射版本。这些着陆器旨在将高达130公斤(287磅)的有效载荷运送到月球表面。IM-1将代表美国国家航空航天局运送六个有效载荷,以及各种私人有效载荷。
其中一个美国国家航空航天局的有效载荷名为SCALPSS(用于月球羽流表面研究的立体相机),有望提供自阿波罗计划以来同类最佳的数据。它由环绕着陆器底部的四个摄像头组成,将拍摄飞行器在下降过程中排气羽流与月球表面相互作用的图像。着陆后,SCALPSS将拍摄“奥迪”号下方大部分区域的二维和三维图像,以绘制火箭羽流雕刻出的陨石坑地图。来自SCALPSS的图像应有助于为更大规模的月球着陆模拟提供信息,例如美国国家航空航天局“阿耳忒弥斯”计划中计划的着陆。
芒克说:“当我们开始在月球表面放置越来越多的飞行器时,我们真的想了解它们可以着陆得多近,以及着陆器本身或资产在未来可能需要什么样的保护。”她也是SCALPSS的首席研究员。
当SCALPSS从下方观察“奥迪”号着陆时,一个雄心勃勃的学生建造的有效载荷将从侧面观察“奥迪”号。鹰眼相机(EagleCam)由安柏瑞德航空大学的26名学生团队建造,是一个小型立方体卫星,当着陆器在月球表面上方30米(100英尺)时,它将从“奥迪”号上弹出。然后,立方体卫星将自由落体,并以大约10米/秒(22英里/小时)的速度撞击月球表面。
无论坠落的立方体卫星在着陆后如何定向,安柏瑞德团队都希望机载的至少三个广角摄像头中的一个能够捕捉到“奥迪”号在约10至12米(33至39英尺)外着陆的景象。
鹰眼相机希望捕捉到来自月球的360度全景图——包括有史以来首次拍摄的航天器在另一个天体上着陆的第三人称图像。鹰眼相机还旨在进行Wi-Fi和电动镜头清洁技术的首次月球演示。
安柏瑞德大学博士候选人兼鹰眼相机首席工程师丹尼尔·波萨达说:“我们几乎要完成这个项目了——我们几乎要品尝到科学成果了。但与此同时,我们知道月球环境恶劣。”
其他有效载荷指向了商业航天的狂野西部未来:在新型航天器的开发过程中,营销和技术合作伙伴关系将相互渗透。
为了帮助控制着陆器的内部温度,“奥迪”号的一些主体面板覆盖着Omni-Heat Infinity,这是一种由哥伦比亚运动服装公司为其夹克内衬开发的铝点聚酯材料。Omni-Heat最初的灵感来自美国国家航空航天局自1960年代以来用于隔热航天器的薄金属“太空毯”。为了让Omni-Heat Infinity搭载“奥迪”号飞行,哥伦比亚公司和直觉机器公司必须检查该材料和用于粘合它的胶水是否能够承受极端温度范围和太空真空。
哥伦比亚公司创新副总裁哈斯克尔·贝克汉姆说:“如果不是因为这个计划[CLPS],我不清楚像哥伦比亚这样的公司是否会有机会参与进来并提供帮助。我们学到了一些东西,这些东西又反过来帮助我们做我们所做的事情。”