去年下半年以来，地球的“访客”密集登月，印度、俄罗斯、日本、美国陆续发射了月球探测器，但成功着陆的寥寥无几，直到今年2月23日，奥德修斯登月器才让美国时隔50年再次登陆月球。 2月24日，中国载人探月任务新车名称正式公布，月球着陆器命名为“兰月”，载人登月倒计时开始。
今天，我们就来谈谈登月的科技难点，以及当前的探月能为未来的太空探索贡献哪些科学启示。
1.探测器到达月球时必须通过四个级别。
火箭之父、苏联科学家齐奥尔科夫斯基曾经说过：“地球是人类的摇篮，但人类不能永远被束缚在摇篮里。 “人类走出地球摇篮，进入宇宙的第一站是月球——月球是地球唯一的天然卫星，也是离地球最近的天然天体。 虽然从地球到月球的距离距离宇宙空间尺度连一步之遥，但它是一座只有人类付出巨大努力才能跨越的山峰，在这个过程中还有很多科技难题需要克服。
第一个障碍是进入轨道。 如果火箭的强度不足以达到距离地球约38万公里的远地点高度，那么探测器就需要改变轨道，逐渐升高远地点以接近月球，这样会消耗更多的燃料和时间。 如果火箭能力更强，将探测器直接送入地月转移轨道，那么探测器的费力就会少得多。
第二个障碍是奔向月球。 要想探索月球，首先要能够顺利到达月球，而地月之间的天道是必须要通过的关卡。 在美国的前九次登月任务中，只有第五次部分成功，其余八次轨道和飞越任务都失败了。 苏联的起点不同，试图首先登上月球，但直到 6 日才成功。 在前往月球的途中，探测器的初始轨道误差会不断累积，使实际飞行轨迹逐渐偏离设计轨道，因此需要每隔一段时间进行一次轨道机动，就像一个小方向盘一样，在行驶时调整方向，消除轨道偏差，确保探测器始终在正确的轨道上飞行。
第三个障碍是绕月球运行。 探测器到达近周点后，需要“刹车”，即近月刹车，将探测器的速度从2左右提高5km s 降至 17km s，减速达到08km s 或更长。 “刹车”的力度要恰到好处，刹车不够力，探测器就会一头撞向月球，刹车不够也不会被月球捕捉到，离月球越来越远。
第四个障碍是近来备受关注的登月。 月球上没有空气，不能使用降落伞，因此探测器只能通过发动机反喷减速下降。 随着发动机反喷工作，燃油不断消耗，探测器越来越轻，反喷推力也相应减小。 反向推力和重力的动态适应和匹配是软着陆的关键，反向推力大就不能落下，反向推力小反向推力下落太快。 如果反向推力变化缓慢，减速不及时，反向推力的快速变化会给探测器的姿态带来突然的干扰，一不小心可以说是被压碎了。 同时，还需要解决着陆避障问题，避免掉落在石头或坑上，影响着陆安全。
此外，降落在月球表面的探测器必须经过专门设计，可以抵御温差大、低重力、月球尘埃和宇宙辐射等特殊环境，才能正常工作。
2019年嫦娥四号着陆器地形相机拍摄的玉兔二号月球车A点图像。 （*来自中国国家航天局）。
2. 为什么到达月球时容易达不到要求？
第一次探月热潮出现在上世纪六七十年代，当时美国和苏联进行了一场太空竞赛，完成了数十次月球软着陆探索。 随着2014年初中国嫦娥三号探测器在月雨海北部成功着陆，第二轮月球软着陆探索拉开帷幕，特别是去年下半年以来，来自印度、俄罗斯、日本和美国的多个探测器都尝试登陆月球，这引起了世界对月球探测的极大关注。
2023年7月14日，经过两次延期，印度的月船三号探测器成功发射，并于8月23日成功着陆月球表面。 这标志着印度成为世界上第四个成功登陆月球的国家。
2023 年 8 月 11 日，俄罗斯的 Luna-25 探测器发射升空，计划降落在月球南极，然后坠毁在月球表面。 调查显示，近月制动时发动机点火本应运行84秒，但实际上运行了127秒，当探测器达到预定速度时，加速度计未能及时向探测器发出关闭推进系统的信号，导致故障。
2023年9月7日，日本月球探测器Slim发射升空。 后来，在月球表面着陆期间，探测器的一个发动机失去了推力，导致它以朝上的“倒置”姿态着陆。
2024年1月8日，由美国航空航天机器人公司研制的游隼号月球着陆器发射升空，最终重新进入地球大气层，因推进系统故障和推进剂泄漏而燃烧殆尽。
2024年2月15日，美国直觉机器公司的奥德修斯月球着陆器发射成功，进入绕月轨道后，发现激光测距系统无法正常工作，于是调用激光测距实验有效载荷进行着陆数据支持，探测器在2月22日降落在月球表面时翻滚。
纵观第二轮月球软着陆探测热潮，全球共开展了11次月球软着陆任务，但成功率仅略高于50%。 月球着陆器条件频繁，或命令优先级逻辑有问题，或发动机喷嘴烧穿并掉落，或推进剂泄漏，或激光测距仪安全开关在发射前忘记解锁等。 目前，只有中国的嫦娥三号、嫦娥四号、五号任务和印度的月船三号任务取得了圆满成功。 可以看出，虽然人类早在半个世纪前就实现了载人登月，但软着陆至今仍是高风险环节。
航天器到达月球表面面临的最大技术障碍是反推力发动机技术和着陆导航技术。
从推力反向发动机技术来看，只有中国和美国直觉机械公司研制出了推力范围广的可调推力发动机，利用发动机推力的可控变化来平衡探测器重力的变化。 但是，其他探测器大多采用多台发动机的组合，推力固定或可以在小范围内调节推力，重力通过脉冲控制或切换组合来抵消，反向推力的突然变化容易干扰探测器的姿态。
从着陆导航技术来看，新研制的印度月船三号和日本的SLIM着陆器应用了基于图像匹配技术的地形相对导航技术，实现了高精度着陆。 其中，印度的月船-3的着陆位置偏差约为360米，日本的SLIM的着陆位置偏差约为55米，这是目前世界上着陆精度最高的。 我国此前的嫦娥系列探测器采用微波激光测距测速和机器视觉避障技术，可靠性高，后续的嫦娥七号和嫦娥八号探测器将根据任务要求实现更高精度的着陆。
因此，要想成功实现月球软着陆，不仅要突破相应的关键技术，还要实现产品的高可靠性，这两者都缺不开，否则就会磕磕绊绊，失败。
3.为什么登陆南极洲最受关注。
到目前为止，登月任务的着陆区域主要集中在月球正面、月球背面和月球南极三大区域。
月球正面始终面向地球，与地面的通信条件良好，月海面积大，地势相对低洼平坦，工程实现难度相对较低，因此世界各国的首次登月任务通常都选择在月球前方的中低维区域着陆。 中国载人探月任务计划在2030年前登陆月球正面，实现中国人登月梦。
月球的背面总是背对地球，由于地球上的人类活动、闪电和极光造成的无线电干扰，被认为是低频射电天文观测的绝佳地点。 利用月球背面独特的无线电环境进行天文观测，可以填补100kHz-1MHz频段的空白，有望获得对宇宙“黑暗时代”的新认识。 南极-艾特肯盆地主要位于月球背面，不仅是月球上最大最古老的盆地，也是太阳系中最大的盆地，直径约2500公里，最大深度为12公里。 此外，月球背面还保存着最古老的月壳岩石，其斜长石高地可能在月球岩浆海洋中形成了分化晶体，这是月球形成的两大理论之一，其探索有望获得对月球早期演化历史的新认识。 中国嫦娥四号探测器于2019年实现了月球背面的首次软着陆和巡回探测，嫦娥六号探测器也将在今年上半年完成月球背面的样本返回任务。
月球的南极是许多全年看不到阳光的撞击坑的所在地 - 永久性阴影陨石坑 - 其中可能含有丰富的水冰储备。 中国将在2026年左右实施的嫦娥七号任务的一个重要科学目标是通过现场探测来验证月球南极地区是否存在水冰。 如果在月球南极直接发现大量水，将为人类长期留在月球提供物质支持，为深远的太空探索提供燃料供应，为月球上其他资源的开发利用提供燃料。 此外，在月球南极还有一些长期连续照明的特殊地点——永迪峰，占年照明时间的80%，探测器甚至可以通过小范围的运动实现连续不间断的工作，为长期的科学探索提供了非常有利的条件。
鉴于潜在的水冰资源和特殊的环境，月球南极是长期科学研究和资源开发的理想场所。 为此，美国启动了大规模的阿尔忒弥斯计划，联合30多个国家在月球南极建立大本营，将宇航员送上月球，建立定期驻留机制，为未来载人火星任务铺平道路。 中国提出了国际月球科考站重大科学工程规划，与多国携手在月球南极建设国际月球科考站，以长期无人自主、短期载人参与的形式开展月球资源利用、月基建设等任务活动。
目前，正在中国实施的嫦娥七号任务计划对月球南极永久阴影区月球土壤水冰和挥发物的发生进行采样和调查。 嫦娥八号任务在月球南极着陆，建设月球科研站枢纽，首次验证了月球土壤资源原位利用新技术。 通过嫦娥七号、嫦娥八号任务的实施，建设基础型月球科考站，为后续国际月球科考站的大规模建设和高效运行奠定基础。
4. 月亮存在的时代已经到来。
月球是离开地球后宇宙海洋中的第一个岛屿，是中国的大地，地球与月球之间的距离只有38万公里，是地球与火星距离的千分之一。 在目前人类掌握的科学技术下，利用火星还遥不可及，而月球是当下触手可及的现实，它不仅是理想的科研基地，也是资源开发利用的宝库，是前往更深空的跳板和前哨。
因此，世界各国现在开始重新审视月球作为一项新的战略太空任务。 美国、中国和欧洲一些主要航天强国纷纷提出在月球上建设月球科考站或月球基地的计划，这标志着人类探月活动已从“懂月球”转向“认识利用并重”，进入了“驻扎”时代。 “探、落、驻”三大步骤中的第三步。
以往的人类探月任务，无论是中国的“绕轨、着陆、返航”，还是美国的阿波罗计划、俄罗斯的月球系列，都属于单一的探月任务模式，即每次任务都设定目标并配置相应的科学有效载荷，任务周期相对较短，任务之间缺乏协调。 建成月球科研站等中型实验型月球设施，向相对集中的建站、长期居住、可持续探索模式转变，将大大增强任务之间的协调性，模块之间的物质、信息、能量交换将大幅增加，就像将分散的点连接成一个网络一样， 这必将为人类了解和利用月球提供一种更有效的方法。
根据科学家的假设，人类未来还将建立月球基地。 月球基地可以长时间自主运行，拥有超级大脑的中央机构指挥各类机器人完成各种探索、搬运、部署、建造任务; 指挥官、工程师、科学家、探险家、医生等各行各业的人类宇航员也将来到月球基地进行短期停留，指挥和控制机器人完成地质调查、科学研究、大规模建设等复杂任务。 这样的月球基地包括实验室、矿山、工厂、机场、酒店等各种实用的月球设施，所获得的知识和产品将服务于人类文明的延续和扩展。
通过全世界航天科技工作者的创新和努力，相信在不久的将来，这些梦想将一个个成为现实，更多的地球人将成为见证历史的月球访客。 （完）。
作者：王琼，窦浩.
*：北京**。