毒蛇|NASA版嫦娥探月:毒蛇号月球找水车,规模是玉兔二号的3倍( 三 )


该探测项目中文全称是“挥发物调查极地探险漫游者” , 英文全称是“Volatiles Investigating Polar Exploration Rover” , 其首字母缩写简称恰好组成了毒蛇单词“viper” , 也许这是吃了没文化的亏……
毒蛇号月球车模型(用于装配演练)
毒蛇号月球车由NASA艾姆斯研究中心负责抓总研制 , 在商业月球有效载荷服务计划框架下“宇宙机器人技术公司”于去年获得了毒蛇号月球车的月面软着陆订单 , 订单价格2.265亿美元 , 这笔费用包括从地球出发的火箭发射费与月面软着陆费用 。
宇宙机器人技术公司需要为此研发月面着陆器 , 同时向SpaceX公司订购了重型猎鹰火箭的发射服务 。 目前尚不清楚为什么要使用重型猎鹰火箭发射重量最多4至5吨的月球探测器 , 也许是为了回收火箭起飞级降低发射价格 , 也许这是一个“拼单”业务 。
重型猎鹰火箭?
月面无人自动软着陆任务不仅对宇宙机器人技术公司是一项全新的挑战 , 对于大洋彼岸整个航天体系而言也是新的挑战 。
NASA半个世纪前主导实施的阿波罗载人登月任务是在有人条件下的登月行动 , 登月航线最后确定安全着陆点是宇航员进行干预 , 即便此前它们也曾实施过多次无人登月任务 , 但那一时期的避障手段极为有限 , 只能瞄准开阔且平坦的区域进行盲降 , 可靠性也更低 , 因此势必要研究新的登月技术方案 。
NASA无人登月器 , 勘测者一号拍摄图像 。 (紧随其后的勘测者二号着陆失败)
托举毒蛇号登陆月球的着陆器是宇宙机器人技术公司正在研发的“鹰狮号” , 该着陆器高2米、宽4.5米 , 规模比嫦娥四号着陆器略大 。
宇宙机器人技术公司鹰狮号着陆器模型组件
鹰狮号着陆器与毒蛇号月球车组合体(效果图)
配置5台3100N反推发动机 , 以及12台姿控发动机 。 着陆器上方配置有双向展开的坡道 。 低纬度地区太阳入射角小 , 为了接收到更多光能 , 太阳能电池贴附在着陆器侧壁上 。 鹰狮号着陆器横截面呈八边形 , 这样设计的好处是可以适应光源位置的变化 , 确保太阳能电池的发电能力 。
宇宙机器人技术公司采购敏捷空间工业公司的3100N发动机作为鹰狮号着陆器的下降反推动力
鹰狮号着陆器虽然不能从NASA昔日登月技术的故纸堆里找到合适的方案 , 但进入新世纪后的火星与月球登陆任务却可以带来新的灵感 。
首先它延续了毅力号火星探测器的“地形相对导航”方案 , 其原理是事先将环月轨道卫星拍摄的着陆区高分辨率图像资料注入着陆器计算机 , 并设置好地形导航点位 , 而后着陆器登月时使用光学成像设备对着陆区连续成像 , 再将成像信息与事先注入计算机的图像进行比对 , 进而修正航线 。
毅力号任务地形相对导航演示(图中左侧虚线是选取的导航特征点)
地形相对导航技术的优势是着陆位置偏差小精度高 , 然而这项在火星登陆任务中大放异彩的导航控制技术放在月球也是有些水土不服的 。
因为火星车登陆时可以选择相对开阔平坦的着陆区 , 在月球上却不行 , 尤其是月球极区的复杂地形更不行 。
地形相对导航十分依赖环月轨道卫星拍摄的高分辨率图像 , LRO月球勘测轨道飞行器是当前部署月球成像分辨率最高的环月轨道卫星 , 它可以提供0.5米分辨率的全色图像 , 如果适当降低成像高度 , 分辨率还可以进一步提升至0.27米 。
环月卫星成像并不能完全识别月面障碍
然而即便有如此之高的成像分辨率也仍然不能保证登月行动的万无一失 , 因为图像数据存在误差 , 月面的复杂地形将进一步放大误差带来的着陆安全隐患 。
怎么办呢?
嫦娥探月工程已经做出了表率 , 该工程框架下的嫦娥三号、嫦娥四号、嫦娥五号三次登月任务接连成功 , 成功率100% , 其中尤以嫦娥四号的月球背面着陆任务最具代表性 。
嫦娥四号
嫦娥四号着陆位置位于月球背面“南极-艾特肯盆地”的“冯卡门撞击坑” , 这里是月球撞击坑分布最密集的区域 , 完成此项登陆任务将意味着获得全月面到达能力 。
摆在嫦娥四号着陆器面前的不再是类似嫦娥三号着陆区那样的平坦地形 , 而是平均高度达4000米的高大山系 , 如果算上冯卡门撞击坑的深度 , 垂直落差近万米 , 超越了珠穆朗玛峰的8848.86米 。
嫦娥四号着陆区近万米地形落差
因此嫦娥四号不能像嫦娥三号那样平缓落月 , 而是要采取定点跳伞的方式在6000米高空基本消除水平速度开始垂直降落 。