全球首款液氧甲烷深空探测器着陆月球（任务详解）

2月15日，搭载美国直觉机器公司（Intuitive Machines）IM-1任务的新星-C（Nova-C）月球着陆器——奥德修斯号（Odysseus）的猎鹰九号火箭在佛罗里达州肯尼迪航天发射中心发射升空。北京时间2月23日上午7:23，新星-C月球着陆器历经时长8天的发射、地月转移飞行、环月轨道飞行之后成功着陆于月球南极的马拉珀特A陨石坑附近。

IM-1任务是直觉机器公司的着陆器首次登陆月球，也是美国国家航空航天局（NASA）商业月球有效载荷服务（CLPS）计划的第二次发射。此前，由于推进剂泄露，航天机器人技术公司（Astrobotic Technology）的游隼（Peregrine）月球着陆器无法顺利登月。新星-C月球着陆器的成功着陆，是自1972年阿波罗17号任务以来美国航天器首次在月球软着陆，也是商业公司研制的月球着陆器首次实现登月。

▲ 新星-C月球着陆器（图源：NASA）

任务概述

IM-1任务的目标是利用新星-C月球着陆器将12个NASA科学有效载荷和商业有效载荷运送至月球南极附近，通过成功完成此次任务展示其精确的着陆技术以及通信和自主导航能力。有效载荷包括科学仪器和技术演示，它们的成功着陆有助于未来人类和机器人开展月球探索。

新星-C月球着陆器的结构是一个六面柱体，有六个着陆腿，尺寸为4.3m×1.6m，发射质量为1908kg，平均功率为200W，推进系统采用液氧甲烷作为推进剂。着陆器的设计寿命为14个地球日（一个月昼）。

▲ 新星-C月球着陆器组成 （图源：直觉机器公司）

有效载荷

新星-C月球着陆器搭载的6个NASA科学有效载荷包括：

• LN-1（月球节点1导航演示器）是一个小型立方星大小的S波段无线电导航信标，将演示航天器自主定位。

• LRA（激光反射器阵列）用于航天器与新星-C月球着陆器的精确激光测距，将在未来几十年内充当月球的定位标记。该有效载荷已在印度月船三号和美国游隼着陆器上使用过，今后计划安装在大多数美国公司的月球着陆器上。

• NDL（导航多普勒激光雷达）利用激光实现着陆器下降过程的精确测速和测距。

• RFMG（射频质量计）利用射频技术测量着陆器推进剂的消耗情况。

• ROLSES（月球表面光电子鞘层无线电观测）使用一个低频无线电接收系统测量月球表面的等离子体环境；从月球表面获取太阳和行星射电源的观测数据；探测月球表面的带电尘埃；首次测量着陆器上10kHz至30MHz之间的无线电环境。

• SCALPSS（月球表面羽流研究立体相机）捕捉着陆器下降时发动机产生的月球尘埃羽流与月球表面相互作用的图像，以及着陆后尘埃羽流沉淀的图像。

▲ 着陆器上NASA科学有效载荷 （图源：直觉机器公司）

新星-C月球着陆器搭载的6个商业有效载荷包括：

• 国际月球观测协会（ILOA）的ILO-X望远镜将从月球表面捕捉银河系中心的图像，并开展其他天体天文学/地球/局部月球环境观测和探测技术验证。

• 银河遗产实验室（GLL）的Lunaprise是一个安装在着陆器上的包含同地球有关的信息的光盘。

• 龙星数据控股有限公司的Lonestar将为客户在着陆器上存储数据文件，并演示将文件在地月间传输。

• 杰夫·昆斯的Moon Phases艺术作品，即125件独特的微型不锈钢月相雕塑。

• 安柏瑞德航空大学的EagleCAM相机将在着陆器下降的过程中弹出，捕捉其着陆的瞬间。

• 哥伦比亚公司的Omni-Heat Infinity热反射材料则是用于保护着陆器低温推进油箱。

▲ 着陆器上商业有效载荷 （图源：直觉机器公司）

飞行过程

2月16日，新星-C月球着陆器完成首次液氧甲烷发动机太空调试。在完成2次轨道机动修正后，着陆器于21日执行月球轨道注入（LOI）。在绕月球轨道92km的高度运行大约一个地球日后，新星-C月球着陆器于23日成功在月球马拉珀特A陨石坑附近着陆。该着陆点距离月球南极约300公里，该区附近的马拉珀特山脉是NASA载人登月计划阿尔忒弥斯3号（Artemis 3）任务考虑的13个候选地区之一。

▲ IM-1任务概览 （图源：直觉机器公司）

后续任务

目前，IM公司仍有两项月球着陆器任务正在开发。IM-2任务暂定2024年第四季度发射，届时将利用月面冰样钻取技术、质量分析技术、月面机器人技术、月球辐射场监测技术等对月球南极资源进行勘察，同时部署一颗月球通信卫星，实现月面着陆器与地面站之间的通信。IM-3任务则将在2025年初进行，向月球莱纳伽玛漩涡运送有效载荷，并研究着陆点附近的磁场特性。

作为人类走向宇宙深空的跳板，2024年月球的“访客”不断增加。我国计划于2024年上半年发射嫦娥六号，开展月球背面采样返回任务。我国上半年还计划发射的嫦娥七号中继星(鹊桥二号)，将建立对地中继通信链路，实现月面探测器和地面站之间的通信；同时搭载的天都一号、二号通导技术试验星，将在月球轨道开展导航系统空间基准异源标定、通信系统高可靠传输与路由转发、通信测距一体化调制等新技术验证。下半年，CLPS计划之一的萤火虫公司（Firefly Aerospace）蓝色幽灵（Blue·Ghost）任务1号计划发射蓝色幽灵着陆器，将在月球正面的危海区域着陆。11月，航天机器人技术公司（Astrobotic Technology）的第二次登月任务GM-1计划发射格里芬（Griffin）着陆器，将NASA VIPER月球车送往月球南极。12月，日本ispace公司Hakuto-R任务2号月球着陆器将进行该公司的第二次登月尝试。

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本文转载自“上海卫星”，原标题《时隔52年，美国探测器成功重返月球》。

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