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【阮仲容專欄】為什麼印度要在月球南極附近登陸?

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文 / 阮仲容

經過五週的旅程後,印度月船三號航天器開始降落到月球表面。飛行器翻轉到垂直著陸位置,在大約 450 英尺的高度暫停,然後降落在兩個大隕石坑之間的塵土飛揚的高原上。「印度已經登上月球了,」8 月 23 日星期三,印度空間研究組織 (ISRO) 主席 S. Somanath在班加羅爾任務控制中心向歡呼的人群宣布。來自月球勘測軌道飛行器的馬賽克圖像揭示了月球南極的崎嶇地形和陰影隕石坑。月球表面這一未經探索的區域擁有比阿波羅登月地點更古老的景觀,並且可能蘊藏著豐富的資源,對未來的人類宇航員有用。(This unexplored area of the lunar surface has landscapes more ancient than any of the Apollo sites, and it may be rich in resources that could be useful to future human crews.)傑·貝內特發表在最新一期《國家地理雜誌》(National Geographic) 的<為什麼印度要在月球南極附近登陸?>(Why did India land near the moon’s south pole?)說,南極是一個令人難以置信的世界。

一系列失敗凸顯了登月的難度

印度是繼蘇聯、美國和中國之後第四個成功登陸月球的國家,也是第一個訪問神秘南極地區的國家。「看到我們在印度的合作夥伴成功著陸真是太棒了,」得克薩斯州休斯頓月球與行星研究所的行星科學家大衛·克林說。「將航天器放置在另一個物體的表面是非常具有挑戰性的。」

最近的一系列失敗凸顯了登月的難度。就在月船 3 號著陸前幾天,俄羅斯的 Luna-25 著陸器因發動機未能正常關閉而撞向地面。日本 Ispace 公司建造的著陸器搭載了阿拉伯聯合酋長國製造的火星車,由於航天器誤判高度並耗盡燃料,於 4 月份發生了災難性的事故。2019 年 9 月,印度第一艘嘗試登月的飛船也墜毀。

「從月船2 號體驗結束後我們開始重建航天器的那天起,我們的團隊就一直在呼吸月船3 號,」該任務的項目副主任卡爾帕納·卡拉哈斯蒂(Kalpana Kalahasti) 在飛行結束後說道。著陸。第二天早上,當一個名為 Pragyaan 的小型漫遊車「從著陸器上緩緩降落,印度在月球上漫步時,該團隊有更多理由在印度慶祝!」 印度空間研究組織報導稱。該漫遊車的名字在梵語中意為「智慧」,著陸器「維克拉姆」號以幫助建立ISRO 的印度科學家維克拉姆·薩拉巴伊(Vikram Sarabhai) 命名,將進行大約兩週的科學測量。在那之後,該地區將陷入為期兩週的月球之夜,預計兩艘航天器將無法生存,因為它們依靠太陽能運行。

這是一個非常激動人心的時代

然而,不久之後,新一波機器人可能會加入月球漫遊車和維克拉姆登陸器的行列。日本著陸器SLIM(即用於勘察月球的智能著陸器)定於 8 月 26 日星期六發射,搭載新型太空望遠鏡,兩者均由日本宇宙航空研究開發機構 (JAXA) 開發。其他主要任務,例如 NASA 的 VIPER 漫遊車和中國的嫦娥六號樣本返回預計將於 2024 年發射,準備在阿耳忒彌斯 III 任務將人類送回月球表面之前揭示月球的新部分。

「這是一個非常激動人心的時代,」克林說。「這將很有趣。」

月船三號降落在南緯 69 度左右,比之前的任何飛行器都更接近月球南極。克林說,在地球上,這大致相當於南極洲的外海岸,儘管它仍然「距離極地 90 度還有很長的距離」。

「它們位於這個近極地地區,非常古老,」他說。「它比任何阿波羅登陸點都要古老得多,而且……對該地形的地質研究非常令人興奮。」

與日本擬議的聯合任務中返回月球

當美國宇航局漫遊車原型在模擬月球土壤中進行測試時,灰塵和沙子被排入空氣中。火星車將分析該地區的礦物成分,而著陸器將使用地震儀監聽「月震」(當月球緩慢冷卻和收縮時可能發生),並測量溫度和大氣條件。

但當太陽落在月船三號上時,火星車和著陸器預計將永遠陷入黑暗。他們已經完成了最重要的目標:安全著陸和部署。未來的任務將繼續探索月球表面——印度可能會在幾年後與日本擬議的聯合任務中返回月球。

不過,JAXA 可能不需要等那麼久,因為它的 SLIM 著陸器可能會在本週發射。這艘八英尺高的飛船將繞月球軌道運行,然後嘗試使用圖像識別技術進行精確著陸,以識別隕石坑並精確確定其位置。在最後的下降過程中,先進的雷達將幫助航天器在距離目標 100 米的範圍內著陸。相比之下,月船三號著陸區是一個寬約四公里的橢圓形。

探索月球南極的深坑和崎嶇的斜坡

未來將需要這種類型的精確著陸來探索月球南極的深坑和崎嶇的斜坡。這片鋸齒狀的地貌有一些永遠見不到陽光的區域,科學家認為那裡可能積累了水冰沉積物——這是人類在月球上建立前哨基地的重要資源。

「南極是一個令人難以置信的世界。它的地形非常極端,有非常大的隕石坑和非常高的山脈,」美國宇航局加利福尼亞州艾姆斯研究中心 VIPER 任務的項目科學家安東尼·科拉普雷特 (Anthony Colaprete)說道。「這真是一道令人著迷的風景。」

幾十年來,月球南極的隕石坑一直讓科學家們著迷。它們包括一些最古老和最大的月球隕石坑,並提供有關 35 億多年前太陽系狀態的線索,當時月球和地球都受到小行星的撞擊。

水可以作為宇航員的消耗品。非常有效的太空輻射屏蔽

在月球的大部分地區,晝夜循環大約持續 28 個地球日。然而,在南極,太陽永遠不會落下,而是緩慢地繞著地平線旋轉。這在隕石坑的某些部分投下了永久的陰影。這些黑暗區域位於太陽系中最冷的地方,可能含有科學家稱之為揮發物的物質沉積物,這些物質在陽光下會昇華成氣體。月球上最誘人的揮發物是水。「如果水冰大量存在並且處於可回收的分佈狀態,那將是有價值的,」克林說。「首先,水可以作為宇航員的消耗品。它很有用,因為它是一種非常有效的太空輻射屏蔽。第三,你可以分離火箭推進劑的氫氣和氧氣。」

陰影區域,數十億年來都沒有見到過陽光

為了調查未來的載人飛行任務是否可以接觸到這些冰,美國宇航局(NASA) 正準備最早於2024 年11 月向月球發射名為VIPER(即揮發物調查極地探索漫遊車)的漫遊車。該漫遊車配備一米長的鑽頭,推車大小的漫遊車將探索蒙斯木頓月球南極附近。科拉普雷特說:「這些古老的隕石坑內部是永久的陰影區域,數十億年來都沒有見到過陽光。」在為期100 天的任務中,VIPER 將冒險進入隕石坑的陰影區域,那裡的溫度可能接近絕對零。 。

一旦科學家知道冰的位置和數量,就需要向月球表面發送集水設備來獲取冰。為了做好準備,美國宇航局資助了多家航空航天公司開發月球著陸器,這些著陸器不僅可以攜帶科學儀器,而且最終還可以攜帶幫助建造基地的工具和物資。其中兩艘航天器——由休斯頓 Intuitive Machines 製造的 Nova-C 著陸器和由匹茲堡 Astrobotic Technology 製造的 Peregrine 著陸器——可能會在今年晚些時候發射。

印度、日本、以色列在月球上設立基地

印度、日本、以色列和其他地方的私營公司也在月球上設立了自己的基地,他們的一整套設計有一天可以幫助將貨物運送到居住在月球表面棲息地的宇航員。為了讓人類重返月球,美國宇航局正在加強其阿爾忒彌斯計劃。阿爾忒彌斯一號是巨型太空發射系統火箭的首次試射,該火箭將載人飛向月球,於 2022 年 11 月 15 日發射升空。現在航天局正在為阿爾忒彌斯二號做準備,計劃將宇航員送上月球並返回2024 年 11 月。阿耳忒彌斯 III 號計劃最早於 2025 年 12 月將宇航員送上月球表面。

但為了在這段時間內完成載人著陸,NASA 依靠 SpaceX 的 Starship 火箭。這艘巨型運載火箭是有史以來最大、最強大的運載火箭,在四月份的第一次試射中發生劇烈爆炸。它還部分摧毀了發射台,將混凝土和金屬碎片拋擲到數千英尺外。

中國計劃在2030年嫦娥六號前往月球南極

美國宇航局計劃使用該火箭上級的改進版本將人類送上月球,沒有它,阿爾忒彌斯三號就無法按計劃進行。SpaceX 創始人埃隆·馬斯克 (Elon Musk)在 6 月份接受彭博社在線採訪時討論了 Starship 及其發射台的升級問題,當時他估計下一次嘗試進入軌道的機會約為 60%。

「當星際飛船執行月球任務時,它到底會是什麼樣子,仍然有很多未知數,」行星協會的高級編輯賈森·戴維斯說。「我們能在月球上那個東西里面待多久?能帶多少貨物?」

國宇航局還與傑夫·貝索斯的火箭公司藍色起源簽訂了合同,由其領導一個由航空航天公司組成的財團建造第二艘載人月球著陸器。與此同時,中國計劃在2030年實現宇航員登陸,並正在為明年嫦娥六號前往月球南極的採樣返回任務做準備。

在載人月球著陸器完成之前,需要使用月船 3 號等機器人探測器從遠處研究月球表面。但也許在不久的將來,穿著宇航服的科學家和工程師將訪問月球南極的陰影隕石坑,收集冰並發現它們的秘密。

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