肖武平侯廣廈張揚(yáng)眉王帥

（1 北京空間科技信息研究所 2 中國(guó)空間技術(shù)研究院）

2023年8月11日，俄羅斯利用聯(lián)盟－2.1b（Soyuz－2.1b）火箭將月球－25（Luna－25）探測(cè)器發(fā)射入軌，8月19日，月球－25探測(cè)器在進(jìn)行軌道機(jī)動(dòng)時(shí)發(fā)生異常，墜毀在月球表面。俄羅斯初步分析表明，事故由軌道機(jī)動(dòng)超過(guò)預(yù)定時(shí)長(zhǎng)導(dǎo)致。本文介紹此次任務(wù)基本情況并開(kāi)展初步分析。

1 任務(wù)背景

“月球”（Luna）系列任務(wù)是蘇聯(lián)在20世紀(jì)50～70年代太空競(jìng)賽背景下進(jìn)行的一系列無(wú)人月球探測(cè)任務(wù)，取得了全球首次繞月飛行、硬著陸、軟著陸、采樣返回等一系列舉世矚目的成就。除月球－25外，最近一次“月球”系列任務(wù)是1976年發(fā)射的月球－24，該任務(wù)成功完成了蘇聯(lián)第3次月球采樣返回，此后47年內(nèi)，蘇聯(lián)/俄羅斯未發(fā)射過(guò)月球探測(cè)器。

2006年，俄羅斯與印度政府間確定開(kāi)展月球探測(cè)任務(wù)合作，規(guī)劃了“月球-全球”（Luna-Glob）、“月球-資源”（Luna-Resurs）兩次任務(wù)，其中“月球-全球”完全由俄羅斯實(shí)施，“月球-資源”由俄印合作實(shí)施。受到2011年“福布斯-土壤”（Fobos-Grunt）火星探測(cè)任務(wù)失敗影響，采用相似技術(shù)的“月球-全球”任務(wù)進(jìn)度大幅推遲，俄印月球探測(cè)合作停止，各自獨(dú)立開(kāi)展探測(cè)活動(dòng)。

俄羅斯保留了“月球-全球”任務(wù)中的著陸器，并將任務(wù)更名為月球－25，延續(xù)蘇聯(lián)時(shí)期的命名方式?！霸虑?資源”任務(wù)中的軌道器和著陸器也被拆分為兩次任務(wù)，分別被命名為月球－26和月球－27。月球－26軌道器旨在探測(cè)月球資源和月球軌道環(huán)境，支撐后續(xù)任務(wù)實(shí)施。月球－27著陸器計(jì)劃著陸于月球南極-艾特肯盆地附近，探測(cè)月球永久陰影區(qū)域資源。

2 任務(wù)基本情況

任務(wù)目標(biāo)

月球－25任務(wù)的科學(xué)目標(biāo)包括：①調(diào)查和分析月球上水冰資源含量和分布情況；②調(diào)查月球極區(qū)外逸層的等離子體和塵埃成分。

月球－25任務(wù)的工程目標(biāo)包括：①確保探測(cè)器按預(yù)定路線(xiàn)飛往月球；②在月球南極附近選定區(qū)域軟著陸；③驗(yàn)證航天器在月面穩(wěn)定工作以及月夜生存技術(shù)，保障儀器設(shè)備在月面運(yùn)行一年；④利用遠(yuǎn)程和原位探測(cè)方法，對(duì)月面風(fēng)化層、外逸層進(jìn)行探測(cè)。

根據(jù)上述科學(xué)目標(biāo)和工程目標(biāo)，月球－25選擇在月球南極附近著陸，具體地點(diǎn)為博古斯拉夫斯基環(huán)形山北部地區(qū)，坐標(biāo)為南緯69.545°、東經(jīng)43.544°。備選著陸點(diǎn)坐標(biāo)為南緯68.773°、東經(jīng)21.21°，位于曼奇尼環(huán)形山西南。月球－25原計(jì)劃在月球表面運(yùn)行1年。

系統(tǒng)組成

月球－25探測(cè)器總質(zhì)量約為1605kg，干質(zhì)量約為800kg，設(shè)計(jì)壽命1年。探測(cè)器分為上下兩部分，上半部分是科學(xué)有效載荷艙，下半部分為基座。科學(xué)有效載荷艙側(cè)面安裝了月球機(jī)械臂（LRA），用于采集月球樣本，機(jī)械臂長(zhǎng)1.6m，總質(zhì)量5.5kg，功率30W，最大功率50W，有方位角、肩部、肘部和腕部/挖掘鏟等四個(gè)自由度?；撞堪惭b了“全景和局部成像系統(tǒng)”（STS-L），質(zhì)量為4.6kg，能夠在制動(dòng)、下降和著陸過(guò)程中以及著陸后進(jìn)行局部和全景成像。歐洲航天局（ESA）原計(jì)劃在月球－25上搭載領(lǐng)航員-D（Pilot-D）導(dǎo)航相機(jī)，專(zhuān)門(mén)用于精確著陸，受俄烏沖突影響，ESA取消了合作。

月球－25系統(tǒng)組成示意圖

有效載荷

月球－25攜帶了6種科學(xué)有效載荷和2種技術(shù)試驗(yàn)載荷，總質(zhì)量約30kg。

月球－25搭載有效載荷情況

3 任務(wù)實(shí)施過(guò)程

計(jì)劃飛行方案

根據(jù)最初計(jì)劃，月球－25任務(wù)于8月11日由聯(lián)盟－2.1b火箭從東方航天發(fā)射場(chǎng)發(fā)射升空，隨后“弗雷蓋特”（Fregat）上面級(jí)進(jìn)行兩次點(diǎn)火，將探測(cè)器送入地月轉(zhuǎn)移軌道，約1h后探測(cè)器與上面級(jí)分離。月球－25探測(cè)器在地月轉(zhuǎn)移飛行過(guò)程中，分別于8月12日和8月14日進(jìn)行了兩次軌道校正機(jī)動(dòng)。

月船－25進(jìn)入月球引力影響范圍后，于8月16日進(jìn)行月球軌道注入機(jī)動(dòng)，進(jìn)入高度100km的環(huán)月軌道。探測(cè)器在環(huán)月軌道上停留約3天，于8月19日機(jī)動(dòng)進(jìn)入18km×100km的“預(yù)著陸軌道”，于8月21日在月球南極附近受控著陸。

月球－25著陸軌道示意圖

事故發(fā)生情況

月球－25前期任務(wù)順利實(shí)施，于8月11日成功發(fā)射，8月16日進(jìn)入月球環(huán)繞軌道，但在8月19日實(shí)施變軌機(jī)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生異常，最終墜毀在月球表面。

此次變軌前，月球－25處于91km×112km的軌道上，軌道傾角為82.087°。北京時(shí)間8月19日19:10，月球－25探測(cè)器開(kāi)始進(jìn)行軌道機(jī)動(dòng)，計(jì)劃進(jìn)入18km×100km的“預(yù)著陸軌道”。但根據(jù)俄羅斯航天國(guó)家集團(tuán)（ROSCOSMOS）的聲明，此次變軌出現(xiàn)異常，探測(cè)器未按照設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行軌道機(jī)動(dòng)。8月19日19:57前后，月球－25與地面失去聯(lián)系，地面多次嘗試與月球－25重新建立聯(lián)系，均未成功。

俄羅斯初步分析顯示，月球－25軌道機(jī)動(dòng)的實(shí)際參數(shù)與設(shè)定參數(shù)存在偏差，原計(jì)劃點(diǎn)火84s，實(shí)際點(diǎn)火127s，最終導(dǎo)致探測(cè)器墜毀在月球表面。俄羅斯成立了專(zhuān)門(mén)的跨部門(mén)調(diào)查小組，調(diào)查月球－25故障的原因及相關(guān)問(wèn)題。俄羅斯科學(xué)院院士、RD-180火箭發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)師稱(chēng)，月球－25發(fā)生緊急情況可能是以下兩種情景：一是程序故障，即變軌指令的錯(cuò)誤；二是制動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)技術(shù)故障。

4 事故影響與分析

俄印月球南極著陸競(jìng)爭(zhēng)暫告一段落

由于俄羅斯與印度均計(jì)劃在8月份著陸月球南極，外界將此認(rèn)為是兩國(guó)之間的月球南極著陸競(jìng)爭(zhēng)。其中，印度探測(cè)器發(fā)射更早，計(jì)劃在8月23日著陸；俄羅斯探測(cè)器發(fā)射較晚，但計(jì)劃在8月21日著陸。在月球－25墜毀月球表面之后，月船－3仍然正常按照計(jì)劃飛行。8月23日，印度月船－3成功著陸月球表面，印度成為繼蘇聯(lián)、美國(guó)、中國(guó)之后第四個(gè)在月球著陸的國(guó)家，并且實(shí)現(xiàn)首次月球南極附近著陸。

俄羅斯航天及科技發(fā)展再受重創(chuàng)

蘇聯(lián)在無(wú)人月球探測(cè)方面曾經(jīng)取得了令世人矚目的成就，并一度領(lǐng)先于美國(guó)，實(shí)現(xiàn)了月球軟著陸、月壤采樣返回等多項(xiàng)“首次”，但繼承了蘇聯(lián)航天工業(yè)體系的俄羅斯在航天方面發(fā)展緩慢。俄羅斯期望通過(guò)月球探測(cè)的實(shí)施提升和展示本國(guó)空間技術(shù)實(shí)力，重振俄羅斯的深空探測(cè)能力，新任務(wù)延續(xù)“月球”系列的編號(hào)，也表達(dá)了其期望延續(xù)“月球”系列輝煌成績(jī)的愿景。月球－25的失敗無(wú)疑將嚴(yán)重影響俄羅斯重振自身航天實(shí)力的愿景。此外，此次失敗還將影響其后續(xù)探月任務(wù)以及國(guó)際合作。

俄羅斯在月球－25之后還規(guī)劃了3次月球探測(cè)任務(wù)，其中月球－26為專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)在極地軌道運(yùn)行的月球軌道飛行器；月球－27包括一個(gè)增強(qiáng)型著陸平臺(tái)，配備一個(gè)鉆機(jī)結(jié)構(gòu)，可以從大約1m的深度提取土壤樣品；月球－28則計(jì)劃從月球極地取回樣品。預(yù)計(jì)這3項(xiàng)任務(wù)將受到失敗的影響推遲發(fā)射時(shí)間，并且他國(guó)對(duì)俄羅斯航天能力的信心也將受到影響，這些將可能進(jìn)一步影響到“國(guó)際月球科研站”的發(fā)展。

在俄烏沖突的特殊時(shí)期，成功實(shí)施月球－25任務(wù)還具有展示國(guó)家科技工業(yè)正常運(yùn)轉(zhuǎn)、宣示國(guó)家綜合實(shí)力的重要作用。因此，除了航天方面的影響，任務(wù)失敗對(duì)于俄羅斯科技工業(yè)以及國(guó)家實(shí)力方面也將造成沉重的打擊。

俄羅斯初步考慮故障原因?yàn)榈蛯哟螁?wèn)題

從目前發(fā)布的信息看，導(dǎo)致月球－25墜毀月球的直接原因是機(jī)動(dòng)未能按照設(shè)定參數(shù)執(zhí)行。而執(zhí)行機(jī)動(dòng)改變軌道并不屬于當(dāng)前一項(xiàng)困難的技術(shù)，特別是俄羅斯在載人航天交會(huì)對(duì)接方面具有很強(qiáng)的技術(shù)能力。發(fā)生這樣的事故顯然不是技術(shù)不成熟造成的，大概率是低層次的質(zhì)量管理問(wèn)題。無(wú)論是控制指令錯(cuò)誤或者發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障，都說(shuō)明其質(zhì)量控制存在很大的問(wèn)題，同時(shí)風(fēng)險(xiǎn)分析和設(shè)計(jì)冗余不足，未能做足充分的測(cè)試。

5 結(jié)語(yǔ)

深空探測(cè)任務(wù)仍是當(dāng)前最前沿的航天任務(wù)之一，具有很高的風(fēng)險(xiǎn)。盡管近年來(lái)隨著技術(shù)的成熟和航天能力的提升，各國(guó)深空探測(cè)任務(wù)的成功率相對(duì)20世紀(jì)有了明顯提升，但這些都建立在良好的航天技術(shù)基礎(chǔ)和嚴(yán)格的質(zhì)量要求之上。月球－25任務(wù)的失敗再次表明了深空探測(cè)任務(wù)的高風(fēng)險(xiǎn)性，更反映出高可靠性的重要意義。