小玉祥司：美國國家航空航太局（NASA）於美國東部時間11月16日首次發射了為月球探測而開發的新型火箭。再次把太空人送上月球的「阿爾忒彌斯計劃」正式啟動。新型火箭搭載日本的超小型探測器，是日本首次挑戰在月球上著陸。在探測器和衛星邁向小型化與標準化的背景下，日本將通過月球探測積累與世界各國競爭的超小型衛星技術。

 

       日本要成為第4個成功在月球著陸的國家

 

       NASA的新型火箭搭載把太空人送上月球的新型宇宙飛船「獵戶座（Orion）」。獵戶座飛船此次以無人狀態飛向月球，計劃約1個月後返回地球。

 

此次發射的NASA的新型火箭。搭載把太空人送上月球的「獵戶座」飛船（13日，美國佛羅里達州）

 

       挑戰登月的是日本探測器「OMOTENASHI」。如果取得成功，日本將成為世界上第4個成功在月球著陸的國家，而OMOTENASHI將成為世界最小的探測器。探測器搭載在NASA為月球探測而開發的新型火箭「SLS」上發射。預定發射5～6天后在月球著陸。

 

       探測器與獵戶座飛船一起放置於火箭的尖端部分，在發射後剝離。作為日本製造的超小型探測器，另外1個採用以水為推進劑的新型引擎、致力於飛向比月球更遠處的技術驗證等的「EQUULEUS」也一同發射。除了日本的兩個探測器以外，還搭載了美國的探測器等，合計10個超小型探測器一起發射。

 

OMOTENASHI將分離出一部分，嘗試在月球著陸（效果圖，由JAXA提供）

 

       兩個超小型探測器被稱為CubeSat型，是把長、寬、高各10釐米的6個立方體結構連接起來。包括配備的推進裝置和觀測儀器等在內，重量僅十幾公斤。

 

       著陸時成為焦點

 

       「CUBESA很難大幅改變軌道，但我們積極挑戰。最關鍵的是著陸」，負責OMOTENASHI開發的JAXA的教授橋本樹明表示。

 

 

       超小型衛星難以配備強有力的引擎，通常只能通過噴出氣體來稍微改變軌道。但如果要在月球上著陸，如果不在短時間內進行強有力的噴射，實現減速，就會猛烈撞到月球上，導致損壞。

 

正推進組裝作業的OMOTENASHI（圖由JAXA和NASA提供）

 

       在此情況下，橋本教授把使用能瞬間進行強力噴射的固體火箭來減速的方式和以比通常快10倍的速度在月球著陸的「半硬著陸」方式結合起來。最初打算讓探測器整體著陸，但很難實現，因此改為分離一部分使之著陸。著陸的部分僅重0.7公斤，在世界範圍內最小。

 

       應用日本的各項自主技術

 

       為了緩和著陸的衝擊，還運用了日本開發的各項技術。其中包括通過3D印表機製造著陸時損壞並吸收衝擊的結構。這應用的是為了以精確定位登月的JAXA月球探測器「SLIM」而開發的技術。

 

       另外，用樹脂加固周圍，以防觀測裝置因為著陸時的衝擊而損壞。這項技術是過去在考慮用JAXA將地震儀送上月球進行觀測的計劃時開發的。為了高精度控制軌道以提高著陸成功率，還運用到曾在隼鳥2號上用過的DDOR技術。

 

       探測器上配備了測量放射線的感測器和測量著陸時衝擊的加速度計。月球上沒有地球上的大氣和磁場，因此會受到宇宙中的強烈放射線照射。太空人要想長時間呆在月球上，非常需要放射線強度數據。放射線感測器約有兩個500日元硬幣（注：一枚500日元硬幣的直徑為26.5毫米）那麼大，JAXA面向宇航用途而改進了在東京電力福島第1核電站事故時開發的螢幕。

 

       成功概率為「兩次裏成功一次」

 

       OMOTENASHI在月球上成功著陸的概率是「大約是兩次裏成功一次」（橋本教授）。如果順利從月球傳來數據，則表明日本的探測器首次成功著陸月球。

 

通過「阿耳忒彌斯計劃」發射的火箭（由NASA提供）

 

       另一方面，EQUULEUS的目標是花半年到一年的時間，到達比月球遠大約6萬公里的拉格朗日點。目的是確立使用噴射水改變軌道的最新式引擎，以盡可能少的成本到達拉格朗日點的技術。

 

EQUULEUS抵達拉格朗日點的效果圖（由東京大學提供）

 

       「水引擎」全球領先

 

       JAXA教授船瀨龍表示，「用可搭載在超小型衛星上的1升水可以推動其到達拉格朗日點」。如果是普通探測器，燃料要佔三分之一左右，因此可搭載的貨物也減少。而EQUULEUS採用高效的軌道設計，用少量水就可以到達拉格朗日點，可以運送很多貨物。

 

 

       拉格朗日點的好處是，探測器可以利用地球與月球的重力，穩定保持位置，將來還考慮設置轉机站，在前往比火星等更遠的天體時使用。如果能以低成本運送很多貨物，則可以大幅提高宇宙開發效率。日本的小行星探測器「隼鳥號」和「隼鳥2號」已確立了使用離子引擎往返於地球與小行星的航太技術，EQUULEUS是利用東京大學等開發的水引擎到月球等遠方航行的技術，在世界上領先。

 

EQUULEUS要飛到拉格朗日點（由東京大學提供）

      

       除了確立航行技術外，還準備進行科學觀測。其中之一是觀測包圍地球的電漿變化的情況。要觀測隕石碰撞月球時發出的光，還要調查隕石以多高頻率降落。這不僅有利於科學研究，還將成為調查去月球的太空人受到的放射線影響及隕石碰撞危險性的數據。還計劃觀測散落在地球與月球之間的灰塵一樣的物質。

 

       建立商業環境是課題

 

       超小型衛星CubeSat最初是作為大學研究室等低價發射人造衛星的標準而啟動。2003年首次發射，進來在繞行地球的軌道上還廣泛用於商業。

 

       在1月JAXA召開的超小型衛星研討會上，當時擔任日本政府宇宙政策委員會委員的東京大學教授中須賀真一強調，「NASA及中國等投入力量，商業環境正在形成。日本也必須儘快追趕」。如何把OMOTENASHI及EQUULEUS的成果推廣到産業界也成為課題。

 

       本文作者為日本經濟新聞（中文版：日經中文網）編輯委員 小玉祥司

 

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