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縱覽網(wǎng)丨日本探月連遭挫折,航天研發(fā)亟待突破與提升

從 2022 年的 “好客” 號(hào)起,到近期的 “堅(jiān)韌” 號(hào),日本連續(xù) 4 年,每年向月球發(fā)射一輛探測器,卻每次都以失敗告終。其中,“好客” 號(hào)因姿態(tài)控制系統(tǒng)失靈直接失聯(lián);“白兔 R”1 號(hào)因燃料估算錯(cuò)誤,最終撞向月球;2024 年發(fā)射的 SLIM 探測器由于一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)失效,倒扣著陸,無法獲取太陽能而無法使用;今年 6 月 6 日嘗試軟著陸的 “堅(jiān)韌” 號(hào)又因激光測距儀發(fā)生故障,探測器撞上月球。

日本這四次探月行動(dòng),每次失敗的原因均不相同,這不禁令人懷疑日本是否有進(jìn)行登月探測的能力以及決心。日本作為經(jīng)濟(jì)科技強(qiáng)國,雖其航天研發(fā)投入占 GDP 比例遠(yuǎn)低于美國的 0.05%,但已接近中國 0.08% 的航天經(jīng)費(fèi)占比。當(dāng)然,中日、美日經(jīng)濟(jì)體量差距巨大,實(shí)際航天經(jīng)費(fèi)差距也更大,但似乎并未懸殊到四年連個(gè)月球軟著陸都搞不定的程度。目前日本正在進(jìn)行的重大航天項(xiàng)目數(shù)量,與中美兩國相比,差了一個(gè)數(shù)量級(jí),如 H-3 運(yùn)載火箭、準(zhǔn)天頂衛(wèi)星項(xiàng)目以及月球探測,一只手都能數(shù)得過來。

而且日本不僅四次探月大敗而歸,研發(fā)已超 10 年的 H-3 運(yùn)載火箭,至今僅發(fā)射 2 次還失敗一次,成功率僅 50%,卻已投入上千億日元(折合幾十億人民幣),至今無法常態(tài)化使用。不過,日本的準(zhǔn)天頂衛(wèi)星導(dǎo)航項(xiàng)目進(jìn)展相對(duì)不錯(cuò),但整個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)總共才 11 顆衛(wèi)星組網(wǎng),現(xiàn)在僅升空 4 顆,首顆制導(dǎo)衛(wèi)星就投入 400 億日元(約 20 億人民幣),比中國同類型導(dǎo)航衛(wèi)星貴了近一倍。以 “工匠精神” 精密儀器制造聞名的日本,為何在航天領(lǐng)域表現(xiàn)如此之差,甚至還不如印度?

回顧日本的登月計(jì)劃,從上述失敗原因來看,日本登月計(jì)劃一敗涂地主要有兩方面原因。其一,設(shè)計(jì)問題。例如姿態(tài)控制系統(tǒng)故障和發(fā)動(dòng)機(jī)失效,在航天界屬于常見問題。各國通常的解決方案是增加系統(tǒng)冗余度,像為確保姿態(tài)控制輸入數(shù)據(jù)正確,較成熟的設(shè)計(jì)會(huì)為航天器配備盡可能多的敏感器,以便一種設(shè)備故障時(shí),可通過其他備份通道確定飛行器狀態(tài);對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)失效問題,各國也常通過增加單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)推力或配置更多發(fā)動(dòng)機(jī),來確保一臺(tái)失效時(shí)其他發(fā)動(dòng)機(jī)仍能支撐探測器完成降落。其實(shí)戰(zhàn)機(jī)設(shè)計(jì)同理,雙發(fā)戰(zhàn)機(jī)在單發(fā)失效情況下仍能保證基本飛行能力。

而日本的 “好客” 號(hào)和 SLIM 探測器明顯因設(shè)計(jì)冗余不足才最終失聯(lián)。這個(gè)問題對(duì)日本而言,實(shí)則是一個(gè)難以解決的慣性思維問題,二戰(zhàn)時(shí)日本就以各種毫無冗余度的作戰(zhàn)方案聞名,如捷一號(hào)作戰(zhàn),要求三支艦隊(duì)在極其遙遠(yuǎn)且復(fù)雜、低冗余度的方式下進(jìn)攻萊特灣,結(jié)果一環(huán)出現(xiàn)問題便致全線崩盤。如今日本登月計(jì)劃接連受挫,局面與之何其相似。

其二,零部件制造問題。如 “堅(jiān)韌” 號(hào)的激光測距儀故障,值得一提的是,美國私人月球著陸器奧德修斯也曾因激光測距儀故障躺著在月球著陸。此次 “堅(jiān)韌” 號(hào)因相同原因登陸月球失敗,不禁令人懷疑美日登月探測器使用的激光測距儀是否出自同一家。激光測距儀對(duì)美日而言并非高新技術(shù),但受供應(yīng)鏈萎縮以及去工業(yè)化影響,美日航天工業(yè)高精尖設(shè)備制造加工能力下降,面臨零部件制造不達(dá)標(biāo)或不可靠的嚴(yán)峻問題,小到登月探測器、載人航天器,大到 H-3 運(yùn)載火箭乃至星艦,因零部件問題失敗在美日兩國屢見不鮮,且在重建完善航天工業(yè)前,這種制造工藝趕不上理想的情況還會(huì)持續(xù)困擾日本。

此外,探索太空需要膽大心細(xì),而日本所謂的 “工匠精神” 使其航天工業(yè)精于局部鉆研卻輕視整體技術(shù)開發(fā),具體表現(xiàn)為對(duì)重大航天項(xiàng)目系統(tǒng)集成能力不足。再加上日本對(duì)完美計(jì)劃的過度追求,導(dǎo)致冗余度不足,故而工業(yè)底子尚可的日本每次探月都鎩羽而歸。再者,日本是一個(gè)對(duì)失敗非常敏感的國家,H-3 火箭項(xiàng)目便是典型例子,一旦失敗便遭社會(huì)口誅筆伐。然而探測器和火箭的研發(fā)需要在頻繁失敗中積累教訓(xùn)與成果,日本社會(huì)氛圍壓抑,航天作為經(jīng)濟(jì)效益低的邊緣項(xiàng)目,容易受此拖累,從而放慢技術(shù)發(fā)展節(jié)奏。所以,日本距離穩(wěn)定登月,還有相當(dāng)長的一段路要走。
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