小编数码资讯 2024-01-26 10:05:22

日本公布登月器实拍照：发动机喷管砸向月面，却刷新三项世界纪录

日本SLIM探月智能着陆器实施登月行动后的结果这几天一直是扑朔迷离，这台着陆器在实现约2小时的通信后被迫断电关机，原因是太阳能电池板无法发电，蓄电池电量持续降低，这几天大家都在猜测这台着陆器的命运，根据遥测数据推定它可能是以倒栽葱式的姿态着陆月面。

终于，在SLIM登陆月面后的第6天，日本JAXA公布了月面实拍图像，以及一系列工程成果。

首先是实锤SLIM以倒栽葱式姿态着陆月面，照片是由主着陆器释放的LEV-2可变形月球机器人拍摄。

LEV-2拍摄的SLIM探月智能着陆器

根据实拍图像显示，阴影区正好位于太阳能电池板一侧，也就是说此时无法接收光照，无法发电，他们在等待太阳照射方向的转移，随着时间的推移，太阳能电池板会逐渐接收到光照，而且光照量也会越来越大，这就存在着陆器重新恢复发电的可能，而且着陆器在断电关机前为蓄电池留存了12%的电量，避免了过放电问题。

太阳能电池板安装位置

虽然是倒栽葱式着陆，但SLIM并没有完全摔坏，不仅可以与地球通信，而且着陆器配置的导航相机与多光谱相机也实现了开机运行，成功获取了月面图像。

左侧是导航相机拍摄的月面图，中间和右侧图是多光谱相机拍摄的月面图。

就这点来看，SLIM的月面着陆标准已经高于半个世纪前苏联的火星三号探测器，后者在着陆火星表面后仅实现了14.5秒的数据传输，连一张图都没有，但人们仍将其视为一次成功的火星表面软着陆任务。

LEV-2拍摄的着陆器图像其实已经证明刷新了两项世界纪录，首先是LEV-2本身，在部署展开之前它是一个球形装置，外观看上去很像是日本动漫神奇宝贝中的精灵球，由主着陆器在接触月面之前释放至月面部署，到达月面后展开，利用两侧的半球体作为车轮进行移动，而且是自主移动。

LEV-2可变形月球机器人

LEV-2地面展开行驶测试

能够对准着陆器成像，已经证明LEV-2实现了月面行驶移动，而这台可变形月球机器人的重量仅有0.25公斤，因此它成为了人类有史以来部署月面最小的月球车，除了这项世界纪录，由此产生的还有一个世界纪录。

LEV-2由于自身重量极为有限，不具备与地球直接通信功能，所以它所拍摄的图像数据，是由另一台超小型月面移动探测机器人LEV-1进行接力中继传输，这是世界首次在月面实现多台机器人的自主联网通信。

LEV-1不同于LEV-2，前者是一台基于跳跃功能的月面移动探测装置，目前这台装置是否实现了月面跳跃行进功能尚不得而知，但它实现了跨越38万公里的地月直接通信功能。

SLIM在着陆月面前分离LEV-1与LEV-2

LEV-2地面跳跃测试，它配置有独立的地月通信模块。

LEV-1与LEV-2可以在月面进行联网通信，图为CG图。

在此之前，比如我国的嫦娥四号着陆器与玉兔二号月球车，皆具备相互独立的通信功能，当然并不是说我们没有开发这项功能的能力，而是任务设计不同所致，我们的月球车是要驶向远方的，当然需要独立的通信功能。

萌萌的玉兔二号歪头照，这是在与鹊桥号中继星进行通信。

事实上，早在天问一号任务时期，我们就已经实现了在火星表面的多器联网数据传输功能，比如由分离相机拍摄的祝融号火星车与着陆平台的合影照片，就是由分离相机自主传输至祝融号火星车，再由火星车上传至环火轨道的环绕器，再回传地球。

由分离相机拍摄的，命名为“星火燎原”的天问一号着巡合影照。

祝融号火星车释放的“分离相机”，可与祝融号进行火面联网通信。

接下来就要谈谈日本SLIM探月智能着陆器刷新的第三个世界纪录，这项纪录是此次登月的核心任务，也是最有价值的一个纪录，就是实现了100米以内偏差的着陆精度。

日本SLIM探月智能着陆器的实际着陆点与预设着陆点的偏差仅有55米，此为当前世界范围内最高登月位置精度。与之对比，嫦娥三号的位置偏差约600米，嫦娥四号的位置偏差是千米量级，嫦娥五号的位置偏差是2.33公里，印度月船三号的位置偏差约360米。

嫦娥五号之后的印度月船三号与日本SLIM的着陆点偏差数值大幅下降，基本实现了定点着陆功能，这是因为后两个着陆器都应用了基于图像匹配技术的地形相对导航功能。

印度月船三号着陆器

地形相对导航指的是，预先在着陆器内存储下降航迹下方的导航点月面图像，着陆器在下降过程中实拍月面图像，再将实拍月面图与存储月面图进行匹配对比，进而解算出瞄准预选着陆点的正确下降弹道，并控制反推发动机朝向预选着陆点飞行。

地形相对导航技术演示动画

JAXA公布了一张很有分析价值的图片，这张图是由印度月船二号轨道器相机拍摄的高分辨率月面图叠加日本SLIM拍摄的月面图拼合而成。

图中两个蓝色框是SLIM在50米高度悬停时拍摄用于识别月面障碍物的图像，图中的红框区域是SLIM选定的安全着陆区及安全着陆点，在进行最后一次障碍物识别时的位置偏差仅有约10米，这才是用于评估着陆精度的数据。

通过这张叠加图可以很直观地认识到一点，就是环月轨道遥感卫星拍摄的图片，并不足以识别所有障碍，印度月船二号轨道器搭载的高分相机的分辨率达到了0.3米，是目前人类部署环月轨道分辨率最高的高分相机，比NASA的LRO月球勘测轨道飞行器的LROC窄视角相机的0.5米分辨率还要高。

印度月船2号轨道器拍到的阿波罗12号登月遗迹

在最后下降过程中必然需要着陆器自主进行障碍识别，并进行机动飞行，所以必然与预选着陆点有偏差。

如果一切正常的情况下，日本SLIM其实可以有更高的着陆精度，也就是前面说的仅有约10米的位置偏差，为什么没有实现呢？

因为SLIM在距离月面约50米高度时推力突然骤降55%，这又是为什么呢？

SLIM拍摄的另一张图像给出了答案，这个答案看起来还颇为有趣，着陆器两台主发动机的其中一台的喷管掉落在了月面上，一台发动机完全失效，从实拍月面图上可以看到，除了主发动机喷管，还有一些其它零件，在太阳照射下形成了亮斑。

因此，即便SLIM选择了位置偏差最小的安全着陆点，但由于大幅丧失推力，导致不可避免的拉大了偏差。

不过值得一提的是，虽然失去了一台主发动机，但着陆器的飞控系统是正常的，在仅有一台主发动机的情况下，姿控发动机保持了着陆器的垂直下降姿态，而且控制着仅剩的一台主发动机实现了1.4米/秒的接地速度，完全在软着陆设计值范围内，而且还实现了避障机动飞行。

SLIM着陆缓冲设计比较特殊，需要着陆器在距离月面约3米时以倾倒姿态着陆，便于布置在着陆器侧面的着陆缓冲机构吸收最后的着陆冲击能量，也正因为一台发动机失效，导致在进行倾倒动作时侧向速度过大，最终以倒栽葱式的非正常姿态着陆。

SLIM就败在了这最后一摔

不得不说，还得是有图才有真相，此前笔者以为是着陆缓冲机构没有正常发挥，以及月面超预期的复杂地形，才导致SLIM的非正常姿态着陆，但实际上主要是因为一台主发动机故障。

现在基本可以给SLIM的着陆成绩打分了，JAXA为此次登月任务给出了三个层次的成功定义：

最小成功：实现月面软着陆，基于机器视觉导航的自主避障技术得到验证；

全部成功：不仅实现月面软着陆，而且实现了基于图像匹配导航的高精度着陆，着陆位置偏差控制在100米以内；

超额成功：在实现高精度着陆的基础上，探测器搭载的科学探测载荷成功运行一个月昼。

就实际表现来看，月面软着陆目标是部分实现，基于图像匹配导航的高精度着陆任务实现，位置偏差成功控制在100米以内，但未能实现着陆月面后工作一个月昼的目标，满分100分的话，实际表现也就是60分，可以及格。

SLIM的着陆缓冲装置未能发挥作用（红圈）

SLIM着陆缓冲装置测试影像

日本SLIM的登月任务表现证明了什么是“基础不牢，地动山摇。”。首先SLIM配置的2台500N发动机变推力能力有限，通过登月直播画面可知，SLIM的下降速度控制主要是通过500N发动机以类似姿控发动机的脉冲功能实现，即在开机动作与关机动作之间的快速交替，有点像车辆以高速状态行驶过程中的“点刹”动作。

SLIM探月智能着陆器的500N主发动机

也就是这种快速的开机与关机动作，直接导致了主发动机的可靠性先天不足。

与之对比，助力我国嫦娥系列着陆器三次登月三次成功的地外天体着陆用金牌动力7500N变推力发动机，不仅最大推力是日本SLIM主发动机的15倍，还能实现16%至110%推力变化，不仅能够满足月球登陆任务，稍加改动也胜任火星登陆任务，天问一号成功登陆火星已经给出证明。

7500N变推力发动机

嫦娥四号的7500N变推力发动机

月球版7500N变推力发动机（左）与火星版7500N变推力发动机（右）

没有关键技术的突破，就不能收获更长远的效益，日本SLIM探月智能着陆器连一个月昼的工作时间都不能达成，完全没有过月夜能力。

与之对比，嫦娥三号着陆器运行十年之久还有科学载荷可以工作，嫦娥四号着陆器与月球车运行至今也已有五年，玉兔二号已经成为人类部署月面正常开展移动探测时间最长的月球车，收获了大量的科学探测数据，接下来嫦娥七号的设计寿命就能达到8至10年，实际寿命则更长。

嫦娥系列着陆器是首创基于机器视觉导航的自主避障技术，尤其是激光三维成像敏感器这项核心技术，不论是日本的SLIM还是印度的月船三号都在模仿此项技术。

嫦娥系列着陆器对月面激光三维成像障碍识别效果图

嫦娥三号月空悬停

日本、印度引以为傲的高精度着陆技术对于我们而言只是选择何时去做的问题，早在嫦娥四号任务时期，我们就已经考虑过这项技术。

当时有专家建议，嫦娥四号以高精度着陆的方式降落在嫦娥三号旁边，可以向世界展示我们的着陆精度控制能力，但是经过权衡，专家团队认为，嫦娥三号着陆区域已经进行过探测，再让嫦娥四号去重复探测，科学价值不高，最终我们选择了人类从未实现月面探测的月球背面。基于任务需求，我们将高精度着陆任务留给了嫦娥七号。

七八年前我们就有条件实现高精度的“定点着陆”，图为玉兔号月球车拍摄的嫦娥三号着陆器。

嫦娥七号一出世就将挑战最高难度的月球南极着陆任务，它不仅仅是验证100米以内的高精度着陆技术，而是首次使用此项技术就是“实战”，因为月球极区的太阳高度角极低，月面的光照区与阴影区连续交替变化，如果不能在正确的时间高精度着陆光照区，就意味着任务的失败，不像日本SLIM与印度月船三号的技术验证性质，即便不能实现高精度着陆，只要实现软着陆也可成功，这就是为什么说嫦娥七号首次应用高精度着陆技术就是“实战”。