美国首次“重返月球”失败背后

美国时隔52年的首次“重返月球”任务失败了。

当地时间2024年1月8日2点18分，搭载着“游隼”号（Peregrine）月球着陆器的“火神半人马座”火箭，在美国佛罗里达州卡纳维拉尔角太空军基地发射升空。这晚天气很好，发动机燃烧甲烷时产生的深蓝色火焰在夜空中仿佛被点亮的流星尾巴。

但发射数小时后，“游隼”号的推进系统内部发生故障，造成推进剂泄漏，导致航天器动力不足。“游隼”号飞行32小时后，这一着陆器的研发制造公司太空机器人（Astrobotic）就宣布：“不幸的是，在月球上着陆已经不可能了。”

无论从哪个角度而言，此次发射都意义非凡。对美国来说，“游隼”号是自1972年最后一次“阿波罗任务”结束以来发射的第一个月球着陆器，也是美国第一次商业登月发射。同时，这是美国国家航空航天局（NASA）为重返月球的“阿尔忒弥斯计划”派出的第一个先遣队。

在发射失败的消息传来后，不出意外的是，NASA宣布载人登月任务推迟到2026年9月。Astrobotic首席执行官约翰·桑顿说：“这次发射，更多的是关于行业的成功，不仅是任何特定任务。”

“有一千种不同方式可以让阀门不开心” 

在太空中运行了6天零16小时后，原本计划“重返月球”的“游隼”号，正在“重返地球”。

当地时间2024年1月14日晚上，Astrobotic对它的结局发出了最新预告：“我们做出了艰难的决定，维持当前航天器的轨道以重新进入地球大气层，它将会在大气层中燃烧。”此时，“游隼”号已经到达了距离地球约376587公里的地方。

最初，一切都很完美，发射约50分钟后，“游隼”号向月球进发，但在约6小时后，Astrobotic宣布，航天器出现“推进异常”，无法进行姿态控制，即太阳能电池板无法调整到正确角度以顺利充电，尽管该问题很快通过更新控制算法得到解决，但“推进系统内的故障”随后导致了推进剂的严重泄漏。对登月飞行而言，这是一个致命的问题，泄漏将造成燃料提前消耗殆尽，使航天器没有足够动力前往月球。

国际宇航联空间运输委员会副主席杨宇光对《中国新闻周刊》解释说，对月球着陆器而言，姿态控制非常关键，因为只有通过姿态控制使太阳能电池板对准太阳，才能有效充电，获得电力。而“游隼”号的姿态控制主要依靠推进系统，这也意味着，当推进剂用光后，姿态就会失控，航天器“很快会因没电而死掉”。

人类登月的旅程从来伴随着困难和意外。目前，只有12个人曾踏上过月球表面，最后两位是1972年乘坐美国阿波罗17号登上月球的指令长尤金·塞尔南和驾驶员哈里森·施密特，他们在月球表面足足待了22小时4分钟，从航天器向外走了7.6公里。此后，再没有一架载人航天器飞向这个“离我们最近的邻居”。

直到最近几年，人类又重燃了对月球的兴趣。NASA提出了重返月球的“阿尔忒弥斯计划”；中国“嫦娥五号”在2020年12月携带月球表面样本重返地球；2023年，印度“月船三号”在月球南极表面软着陆，成为继苏联、美国和中国之后，世界上第四个成功登月的国家。但更多的是失败，同样在去年，日本、俄罗斯发射的登月航天器相继坠毁。

在杨宇光看来，相较日本、俄罗斯等国的失败尝试，“游隼”号犯的错误可能“更低级一些”。他解释，登月大体需要五步，首先是火箭将登月探测器送入地月转移轨道；第二步，在该轨道上大约飞行3～5天，其间需要进行几次修正，以保证飞行轨迹准确；第三步是近月制动，即探测器到达月球附近时减速进入绕月轨道；最后两步是降轨和落月。“日本、俄罗斯的探测器都完成了前四步，在最后的落月阶段坠毁，这一步确实很难，因为要在很短时间完成减速，相当于从每小时五六千公里的速度减到0，任何控制上的细微误差，都可能导致坠毁。但‘游隼’号甚至还没有完成第二步，也无法进入绕月轨道。”

实际上，推进器系统故障是航天器故障中一种常见类型。对于“游隼”号推进剂泄漏的可能原因，Astrobotic内部的一种推测指向“没有很好密封的阀门”，导致高压氦气在飞行中涌出，使氧化剂罐破裂。长期关注航天工业的人会清楚，阀门虽小，却是航天器中最常见、也最重要的组件之一，必须以超高精度制造，尽可能轻，并能够承受极端温度、压力和振动环境。对于泄漏率，一些阀门有极苛刻的要求：200 年内仅允许泄漏一克氦气。

致力于开发航天器推进系统的初创公司Benchmark Space Systems首席技术官杰克·托伊弗特感慨：“有一千种不同的方式可以让阀门不开心。”早在2019年，SpaceX的载人“龙”飞船在地面测试中就因推进系统阀门泄漏而爆炸。2021年，波音公司的新一代载人飞船 Starliner 在第二次轨道飞行测试时也因阀门故障而停飞。

中国航天科普大使、中国科学院国家空间科学中心研究员周炳红对《中国新闻周刊》分析，“游隼”号的错误发生在登月的更早期，这样的失败对美国而言，的确有些罕见。但首飞的探测器比其他探测器故障概率要高，核心的一个原因就在于，地面实验无法完全模拟太空中飞行时的真实环境，真正发射后存在诸多变量。因此，“游隼”号阀门没有紧闭，是否与发射时的振动过大有关，抑或是其他原因，还有待进一步的数据披露，“我要强调的一点是，月球探索是一件很困难的事，任何一次首飞就像在做实验，当然有失败的可能”。

按照原计划，“游隼”号将在2月23日登陆月球并在表面运行大约10天，NASA最关心的是航天器上的五个有效载荷，即“携带的货物”，其中有两台用于监测月球辐射环境的仪器，众所周知，辐射是人类在月球上进行长期活动的一大挑战。另外几个科学设备可以分析月球上的土壤和大气，寻找水分子。“游隼”号的目标着陆点，是月球正面一块绵延数公里的区域，科学家认为这里可能有“水的证据”。这些研究都将帮助美国更好地了解月球环境，并为下一步的载人登月铺路。

现在，这些科学目标都无法实现，但也不是毫无收获。当意识到无法顺利登月后，Astrobotic就决定用现有电力来执行有效载荷任务并收集尽可能多的数据。NASA随后称，“游隼”号上的两台仪器正在测量地球和月球周围星际空间的辐射环境，这些数据可以为宇宙射线活动、太阳活动引发的太空气象“提供补充见解”。杨宇光说，月球探测器一般在登陆前很少打开科学设备，“游隼”号“只是在最坏的情况下做了一个不那么糟的选择”，数据的科学价值有限，因为这些仪器主要是为了在月球表面工作而设计，并非地月空间。

虽然“游隼”号登月失败了，但此次发射最大的成功或来自“火神半人马座”火箭，Astrobotic强调，火箭顺利地将“游隼”号发射至地月转移轨道，“没有迹象表明推进异常是由于发射造成的”。

周炳红解释，该火箭是由美国联合发射联盟公司（ULA）研制的新型两级半运载火箭，由一级、二级及助推器构成，最大高度约67.4米。除固体助推器外，一级箭芯配备有2台BE-4液氧甲烷发动机，“这是一个全新的发动机”，二级箭芯仍采用2台传统的氢氧发动机，“整个系统相当于使用了三种不同的推进剂组合，结构非常复杂”。

此次发射成功，也意味着美国第一枚液氧甲烷火箭成功入轨，美国成为继中国之后，世界上第二个走甲烷火箭技术路线的国家。值得一提的是，BE-4液氧甲烷发动机由美国商业航天时代的三大巨头之一蓝色起源研发，而成立于2006年的ULA则是美国航天的老玩家，由“国家队”波音和美国航空航天制造商洛克希德·马丁公司合资组成，曾垄断美国火箭发射市场，但近年来受到SpaceX的很大冲击。因此，当马斯克在社交媒体平台X上祝贺ULA的新型火箭发射成功，该成功又与马斯克的竞争对手、同样代表太空新兴力量的贝佐斯（蓝色起源创始人）有关时，新旧历史交互，形成了一个有趣的对照。

“从中你可以看到，一个美国传统的航天企业，在面对激烈的市场竞争时做出了一个顺应市场的选择。但同时，它的二级发动机仍是上一个航天时代的遗产。”对商业航天市场很熟悉的千域空天咨询有限公司创始人蓝天翼对《中国新闻周刊》这样说。

永远没有100分的发射

“我四岁的儿子对我说，他的DNA迷失在宇宙中了！”

当“游隼”号宣布登月失败后，这条评论很特别，它再次提醒人们：这是一次商业登月，除了NASA为那些科学仪器购买“船票”外，Astrobotic可以选择把“船票”卖给任何人。

《星际迷航》已故的创造者吉恩·罗登贝瑞和妻子是首批“乘客”，早在20世纪90年代，他们就提出要把自己的骨灰样本送入太空。这一次，太空纪念公司Celestis为他们提供了这一服务。该企业的宣传口号很抒情：将火化的遗体或 DNA 送入深空，通过一次永恒的旅行来纪念你所爱的人。他们将真正去“没有人去过的地方”。从20世纪90年代就开始的美国太空葬礼虽然已流行了数年，但这还是第一次选择月球作为墓地。

罗登贝瑞一家人的“同伴”中，还有《星际迷航》乌胡拉中尉的扮演者尼切尔·尼科尔斯、科幻小说作家阿瑟·C·克拉克和其他想要进行“特别告别”的普通人的骨灰。不过“船票”并不便宜，一次飞行的起价是12995 美元。此外，美国三位总统的DNA也作为象征被送入月球，他们是：华盛顿、艾森豪威尔和肯尼迪。因此，当无法登月的消息传来，美媒报道的标题是《吉恩·罗登贝瑞的骨灰正在太空中不受控制地飘流：一个孤独的结局》。

除了骨灰和DNA，这一次，Astrobotic还和敦豪快递（DHL）开发了“月球快递”，人们可以把任何纪念品装在一种胶囊里，发送到月球表面，根据“包裹”大小有不同的费用：从460 美元到 25800 美元不等。在航天器最终携带的151个胶囊里，有珠穆朗玛峰山顶的岩石、美国宇航员写给刚去世父亲的信、一枚实体狗狗币、一面金属制乌克兰国旗，以及一位社交媒体痴迷者在同一个问题下征集到的各种回复：如果你能向月球发送物品，你会发送什么？

“游隼”号上装满了人类的各种记忆，虽然它最终失败了，但这次冒险拉开了一个让所有人都能登上月球的新时代序幕。当世界上最大的物流公司正把快递业务扩展到地球之外，Astrobotic首席执行官约翰·桑顿明确地说：“我们的服务价格是市场上最低的，我们试图为企业、大学和政府建立起可负担的的登月通道。”

桑顿的话语充满野心，但其实在1月8日发射前，几乎没有人听过Astrobotic。这是一家成立于2007年的小型公司，只有150名员工，2019年获得了NASA价值7950万美元的合同。在研发“游隼”号之前，公司的拳头产品是月球漫游车CubeRover，这是早在2017年就被NASA“小型企业创新研究中心”选中的资助对象，主打成本优势和小型化。根据官网介绍，通过将漫游车、有效载荷和月球着陆器一起设计，公司可以使每公斤有效负载价格降为 450 万美元。直到现在，Astrobotic对自己的定位仍是一家月球物流公司，目标是让客户低成本探索月球。

近年来，人们对美国商业航天的关注更多聚焦在SpaceX、蓝色起源这类大公司，却忽视了Astrobotic这种小型初创企业。蓝天翼指出，美国的商业航天之所以如此繁荣，是因为在冰山之下，NASA多年来一直在不遗余力地培育初创公司，“NASA的扶持策略是，在企业还不具备能力的时候，我来支持你，给你合同，不是我相信你能做出来，恰恰是我不相信你能做出来，可能有50％～80％的概率要失败，但没关系，所以这是典型的风投逻辑。把钱给10个公司，只要有一家能跑出来，钱就没有白投。NASA的目标就是培育出下一个SpaceX。所以Astrobotic这种小公司，首飞就给了它这么重要的任务”。