再折戟，美低成本探索任务怎么了?

　　当地时间8月4日，美国宇航局宣布，月球开拓者号探测器失联已久，该任务已经于7月31日正式结束。这是美国一系列低成本行星探索任务的最新挫败。多年以来，美国宇航局备受预算不足问题的困扰，对低成本任务的需求十分迫切，但多次低成本探索任务的失败，似乎预示着一些其他不太乐观的前景。

　　出师未捷身先死

　　月球开拓者任务是美国宇航局小型行星探索创新任务计划的一部分。该计划为小型低成本行星探索任务提供资金支持，这些探索任务中的探测器采用各种创新性设计，以降低成本，并作为其他任务的次级载荷发射。这使得小型低成本行星探索任务中的探测器比更大量级项目(如“发现号”和“新视野号”项目)中的探测器可靠性更差。

　　月球开拓者号探测器在轨开展探测效果图

　　“月球开拓者号”是一个重200公斤、大小和家用洗衣机相近的探测器。它携带了牛津大学研发的月球热成像仪和喷气推进实验室研发的高分辨率矿物测绘仪，二者联合工作，可以50米分辨率对月球表面进行扫描。任务主要聚焦月球南极阴影区，旨在精确定位月球上的水冰分布，推动阿尔忒弥斯登月计划的实施。

　　今年2月26日，美国直觉机器公司的IM-2商业月球着陆器由猎鹰9火箭成功发射。“月球开拓者号”作为次级载荷搭载升空，不过它体积、质量小，变轨能力弱，设计采用低能量转移技术，降低进入月球轨道的变轨速度增量，预计耗时几个月才能进入月球轨道。

　　遗憾的是，月球开拓者号探测器在发射后第二天，就和地面控制中心失去联系。美国宇航局在之后的几个月里尝试补救，试图和探测器恢复联系，但5个月后探测器仍然杳无音信。美国宇航局不得不于7月31日被迫结束月球开拓者任务，该任务也成了一次出师未捷身先死的探索任务。

　　地面专家分析认为，“月球开拓者号”失联是由于探测器姿态异常，太阳能电池板无法正确朝向太阳，光伏电池无法发电充电，导致星载电池耗尽后任务失败。换句话说，2月27日探测器就已经“死”透了，随后几个月的努力与其说是救援，不如说是在碰运气，期待探测器转到某个角度时太阳能电池恰好发电恢复。不过奇迹并未发生。

　　多灾多难的低成本任务

　　小型行星探索创新任务计划旨在低成本开展行星探索，但这些项目的实施结果非常糟糕，算上月球开拓者任务，真是接二连三地折戟沉沙。这为小型行星探索创新任务计划以及其他低成本行星探索任务的未来，蒙上了一层浓重的阴影。

　　美国宇航局期待小型行星探索创新任务计划能够多快好省地实施行星探测，其早在2015年8月就选定了第一批两个任务：粒子聚合和碰撞实验立方星、LunaH Map。

　　2021年，发射器一号空射火箭发射了粒子聚合和碰撞实验立方星，它用于研究原行星吸积，但这个3U立方星发射后就与地面失去联系。LunaH Map是SLS火箭于2022年11月首飞时搭载的立方星之一，这个6U立方星试图调查月球水冰分布。它虽然在分离后和深空网建立了联系，但推进器阀门出现故障，同年11月飞越月球时无法变轨进入月球轨道。2023年1月，该立方星第二次尝试进入月球轨道，但同样失败了。

　　小型行星探索创新任务计划还启动了双面神项目，用于观测双小行星。但2023年7月该项目被取消，造好的探测器只好保存起来。“月球开拓者号”是第三个发射探测器的小型行星探索创新任务计划项目，但它姿态失控早早“阵亡”。

　　美国宇航局在小型行星探索创新任务计划之外，还实施了一系列低成本深空探测任务。比如，SLS火箭首飞携带了多达10个深空探测立方星，除了LunaH Map外，还有近地小行星侦查兵卫星、月球冰立方星、CuSP太阳粒子立方星和LunIR月球红外立方星等，但它们几乎都失败了。

　　当然，不是所有的深空低成本任务都彻底失败了。2018年随“洞察号”一同飞向火星的MarCO立方双星，是世界上第一批进入深空的立方星。它们曾工作近8个月，为“洞察号”着陆提供中继信号。另外，在DART小行星撞击任务中，意大利研发的LICIA立方星也成功拍摄了DART探测器撞击小行星的影像。

　　LunaH Map和月球开拓者任务的失败，让美国探测月球水冰的进度不断滞后。而没有关键的月球极区水冰分布数据，阿尔忒弥斯登月落区选址乃至科考都将受到一定影响。即使美国通过国际合作分享月球水冰信息，但精度远不能和“月球开拓者号”相比。另外，小型行星探索创新任务计划要求预算上限不超过5500万美元，却在月球开拓者项目上花费了9400万美元，这让外界加剧了对美国宇航局低成本任务项目管理能力的质疑。

　　低成本探索任务前景不明

　　纵观历史，立方星虽然在近地轨道上已经大放异彩，并证明了它能够执行深空探测任务，但美国宇航局低成本立方星任务连续多次失败，表明低成本任务尤其是立方星任务在深空环境中的价值仍待检验。为什么美国低成本探索任务如此步履坎坷呢?

　　美国宇航局虽然在预算压力下推动低成本探索任务，但美国是一个人力和设备成本很高的国家，探测器要兼顾成本和性能，对技术、工程和管理的要求极高，美国宇航局多少有些力不从心。

　　低成本航天器通常倾向于使用商业货架元器件，以便降低卫星的研制成本。这对于近地轨道上的试验立方星，甚至是星链卫星来说问题不大，但是在深空环境中，温度和辐射条件更为苛刻，现成的商业元器件可靠性明显不足，低成本深空探测器又不是星座集群工作，单个探测器失效更是加深了成功率低的成见。此外，低成本还意味着管理不够严格，和旗舰级探测器相比，无论是质量控制、管理还是测试，都相对宽松，更增加了任务失败的概率。

　　此外，项目之外的因素也增加了失败的可能。低成本探测器往往使用搭载发射方式，协调工作本来就是一个挑战，更何况发射时间取决于主载荷，主载荷延迟导致发射时间推迟，也会影响低成本探测器的状态。美国航天工业质控能力的下降也成问题，著名的露西探测器是发现级项目，由著名的洛·马公司研制生产，但其圆形太阳翼展开时仍然出现故障。耗资数亿美元的探测器项目尚且如此，花费数千万美元的低成本项目，出现问题更不意外。

　　总而言之，月球开拓者任务的失败，再一次加深了外界对美国宇航局技术和管理能力的怀疑。美国宇航局需要加强对低成本探测器项目的组织和管理，严抓元器件和探测器质量控制，但这又不可避免地带来成本的上升。或许对于美国来说，如果不借助商业航天并使用通用平台，要求数千万美元的低成本探测器具备高成功率，可能本来就不太现实。

文章转载于：中国航天报·飞天科普周刊