【CASE特報】印度「月球3號」成功軟著陸登月!

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「登陸月球」近年來再次成為太空科技發展的重要目標,而試圖減緩撞擊力道的「軟著陸」比起直接砸在地上的「硬著陸」,有著更多的技術門檻要克服。2023年8月24日,印度的「月船3號 (Chandrayaan-3)」成功以軟著陸的方式登陸在月球的南極,讓印度成為第四個有能力派遣無人探測器軟著陸月球的國家/組織!「月船3號」同時也是人類史上第一個成功登陸在月球南極的探測器——而幾天前才有人挑戰失敗而已……

撰文|許世穎

月球是離地球最近的天體,隨著太空探索熱潮又一次的到來,「登陸月球」再次成為太空科技發展的重要目標。1969年,美國執行的「阿波羅11號」計畫是人類首次踏上月球的土地,由於人類要登陸月球實在要背負太多風險,因此在1972年的「阿波羅17號」之後,再也沒有人類踏上月球的土地。

 

初期的無人器登陸月球:用力撞下去

不過,就跟海洋深處一樣,人類要造訪、研究這些地方不一定要親自「侵門踏戶」,也可以派遣探測器過去。發射無人探測器登陸月球的難度顯然比派人類上去小很多。1959年,蘇聯的「月球2號(Luna–2)」是人類史上第一次成功將物品放到月球上。月球2號是一顆插了幾根天線的球體(圖1),主要的目的是探測月球上的電磁輻射環境,為接下來的登陸月球任務做準備。概念有點像是往海洋深處投入一個量測水壓、水溫的探測器,為未來深入探測所用。「月球2號」在發射升空、滿足條件以後,直接飛向月球,以時速一萬公里撞在月球上,成功完成了任務。

圖1:月球2號|來源:NASA/NSSDCA (Public domain)

美國是下一個將人造物放上月球的國家/組織。1962年的「遊騎兵4號 (Ranger 4)」太空船計畫在降落月球的過程當中,先是用相機拍攝一系列照片傳回地球,並把一個裝了地震儀的登陸器丟到月球的土地上。然而,由於儀器故障,遊騎兵4號直接撞在了月球的表面。雖然聽起來不怎麼圓滿,但確實也是成功地將人造物運送到了月球上。

 

硬著陸與軟著陸

這種「直接砸在地上」的著陸稱為「硬著陸 (hard landing)」。舉例來說,1990年發射升空的「飛天號(ひてん)」本身並沒有登陸月球進行探測的的規劃,在繞轉月球9圈後,依照計畫直接撞毀於月球表面,成為日本第一個登陸月球的人造物。類似的案例還有歐洲太空總署的「智能1號 (SMART-1)」、印度的「月船1號 (Chandrayaan-1)」、中國大陸的「嫦娥1號」等,都是在繞轉月球數圈、完成科學觀測任務以後,依照計畫撞擊月球「硬著陸」的案例。

從這些任務的命名(都是1號)來看就知道,「硬著陸」基本上都只是探月計畫初期的目標。畢竟「直接砸上去」這種簡單、粗暴的做法雖然簡化了設計,但緩衝的效果極為有限,因此不太能放上什麼好的科學儀器到月球上。講難聽一點,把一包垃圾丟到月球,也能算是成功硬著陸月球。雖然要做到這一點也還是非常困難,但這樣的行為太浪費錢了(而且還汙染月球環境,非常沒有公德心),好不容易有能力把東西運到月球上,當然要想辦法提升緩衝效果,放一些具有科研功用的器材上去。

如果要提升緩衝效果,則必須選擇「軟著陸 (soft landing)」的方式,也就是在降落的過程當中,設法降低撞擊的力道。降落傘就是一個經典的軟著陸方法,只不過月球上幾乎沒有空氣,降落傘幫助並不大。更常見的方法是仰賴一個反向的噴射裝置,就像電影《鋼鐵人》中,鋼鐵人在落地以前,都會朝地面噴射氣流一樣。

當然,要軟著陸就代表需要更複雜的設計、更繁瑣的操作。換言之,有著更多的技術門檻必須克服。截至目前為止,成功軟著陸月球的也只有美國、蘇聯、中國大陸而已。

 

月船3號

如今好消息來了!就在2023年8月24日,印度的「月船3號 (Chandrayaan-3)」成功以軟著陸的方式登陸在月球的南極,讓印度成為第四個有能力派遣無人探測器軟著陸月球的國家/組織!

月船3號主要包含了三個部分:推進模組、登陸器,以及在登陸器裡面的探測車(圖2)。推進模組會帶著整艘太空船到月球軌道,幾天後會與登陸器自動分離,並持續在月球軌道繞轉。而登陸器則會帶著探測車繞行月球一陣子後,開始下降到月球表面。太空船原先以每小時6000公里的速度在30公里的高空水平飛行,在經歷15分鐘的反向噴射降速以及自我校正平衡後,最終穩穩地垂直降落在月球的土地上。

圖2:月船3號;上半部帶著好幾隻腳與噴嘴的部分為帶著探測車的登陸器,中間圓柱與下方方塊部分為推進模組|來源:Indian Space Research Organisation

「月船3號」同時也是人類史上第一個成功軟著陸在月球南極的探測器——而幾天前才有人挑戰失敗而已!苦主就是俄羅斯的「月球25號 (Luna-25)」。俄羅斯上一次軟著陸月球已經是1976年的事情了,當時蘇聯甚至還沒解體。俄羅斯曾在2007年與印度合作探月的計畫,不過雙方在2015年終止合作。俄羅斯改為獨立發展「月球25號」,在今 (2023) 年發射升空,想要搶在印度「月船3號」登陸的前5日(19日)先行軟著陸在月球南極,只不過任務失敗了,變成了「硬著陸」——直接砸在月球土地上……。

而印度在與俄羅斯的合作終止後,改為獨立發展接下來的「月船2號」以及後續的「月船3號」,最終有了今日的成功。有些媒體認為,這可能改變了國際間太空科技實力的排名,還可能影響往後合作的策略。

如今,月船3號的探測車已經在月球上打開太陽能板,開始研究月球上的電離層以及月表的地震活動,甚至還會在土地上插入一根探針量測溫度(圖3)。就讓我們期待這為期十多天的探測計畫中,所能帶來的科學成果吧!

圖3:登陸後的登陸器以及從中出來的探測車想像圖|來源:NASA

 


參考文獻

  1. Andrew LePage , 2022, Ranger 4: NASA’s First (Unintentional) Impact on the Moon.
  2. NASA/Chandrayaan-3

 


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