人類部署在月球表面的探測器通常都需要在月晝與月夜兩種環境的交替下生存。月晝對于探測器而言是相對利好的條件,因為有光照就意味著太陽能電池翼可以提供充沛的能源供給。
而一旦進入月夜環境,無光照環境首先帶來的影響是,太陽能電池翼無法發電,同時極低溫環境對月面探測器的生存也將構成嚴峻挑戰。
嫦娥四號著陸器
比如,昔日歷次阿波羅載人登月任務沒有任何一次敢于挑戰月夜環境(部分實驗載荷配有同位素熱源可以度過月夜),從而直接制約宇航員在月面的活動時長。
阿波羅登月計劃中月面停留時間最長的17號任務(74小時59分鐘40秒)
月球南北兩極地區則不同,受月球自轉軸影響,這里存在極晝現象。尤其是靠近極點的部分地區,全年累計光照時間甚至可以長達300多天,連續光照天數也有200多天,對于探測器而言是絕佳的月面探測場地,連續光照使得月面探測器作業時間大大延長,探測效率要比非極地區域提高數倍。
玉兔二號月球車
月球南北兩極雖然有連續光照,但是太陽高度角非常低,一般不超過2度,而這又帶來了另一項利好因素,那就是受撞擊坑環形山地形遮擋影響,這里又存在連續無光照的永久陰影區。
月球南極連續光照區與永久陰影區
永久陰影區內環境溫度更低,極低溫環境會束縛易揮發物質的逃逸,根據歷次環月衛星探測數據間接證明,這些永久陰影區中存在水冰資源。
水冰可以為航天員提供生存所需的水源,也可以制備氧氣,同時還能制造火箭發動機所需的液氧液氫推進劑。
嫦娥五號上升器月面起飛
可以說,月球極區的“連續光照”與“永久陰影區中的水冰資源”是當前人類探月的兩大戰略資源,因此世界上有實力的航天玩家都在瞄準月球極區,尤其是月球南極(水冰資源更多)。
廣泛分布著永久陰影區的月球南極區域
俄羅斯目前列入計劃的未來三次登月任務,都瞄準著月球南極區域,或者是靠近南極的高緯度區域。大洋彼岸NASA的商業月球有效載荷計劃也規劃了三至四次無人登月任務,其中近半數任務也是瞄準南極。
俄羅斯月球-25號月面探測器
在眾多月球南極探測任務中,印度則是先聲奪人,十三年前月船一號任務的成功使得他們掌握了繞月探測工程能力,而自月船一號任務之后他們沉寂了至少十一年時間。之后于兩年前發射了月船二號探測器,也許是受嫦娥四號代表人類首登月球背面的刺激,它想要代表人類首次軟著陸于月球南極。
月船二號著陸器與月球車
月船二號由軌道器、著陸器、月球車三部分組成,加裝軌道器是因為印度火箭高軌運力有限,需要軌道器承擔軌道控制任務。
雖然他們雄心勃勃,然而結果卻是慘淡的,著陸器在距離月面2.1公里處發生了程序故障,導致姿控發動機在錯誤的時間點火,最終著陸器與月球車只得撞擊月面。
月船二號下降軌跡異常
正所謂根基不牢地動山搖,月船二號的失敗有兩大原因:
1.在沒有掌握月球正面軟著陸能力前提下,硬要挑戰更高難度的極區著陸,這是犯了拔苗助長的錯誤;
月船二號著陸器呈翻轉姿態
2.想要挑戰極區登陸這一高難度科目,又不舍得花錢(標榜為世界最經濟的登月項目),地面驗證不到位,所以出現了程序故障這種本不該犯的技術錯誤。
嫦娥五號月面采樣作業
反觀我們則不同,在先后取得嫦娥三號、嫦娥四號、嫦娥五號連續三次100%成功登月的基礎上,由軌道器、著陸器、月球車、飛躍探測器、中繼星組成的大規模月球極區探測器嫦娥七號,將擁有更完善的條件與充足的任務經驗,它將是人類部署月球南極地區規模最龐大、技術難度最高的無人探測器。