以色列月球撞击事件提醒我们，登月是一件痛苦的事

周四，以色列太空公司 SpaceIL 的机器人着陆器在尝试软着陆月球时坠毁，标志着其任务突然结束。这艘名为 Beresheet 的着陆器即将成为第一艘在月球表面进行受控着陆的私人航天器。

“很遗憾，我们未能成功着陆，”以色列航空航天工业公司太空部门负责人奥弗·多伦 (Opher Doron) 在着陆尝试的直播中说道。“我们是第七个绕月飞行的国家，也是第四个到达月球表面的国家。这是迄今为止的一项巨大成就。”

创世纪号的发动机在下降过程中似乎出现故障，在飞船距离地面约 4 英里时莫名其妙地关闭。地球上的任务小组设法让发动机再次运转，但与飞船失去了联系——这表明着陆器几乎肯定以高速撞向月球。它的残骸极有可能位于一个新形成的小型月球陨石坑中。

你可能会认为让一个微型机器人着陆应该是小菜一碟。毕竟，人类在近半个世纪前就登陆月球了。但即使有了 21 世纪的技术和洞察力，登月仍然是一项艰巨的挑战。SpaceIL 的成功比人们想象的更值得称赞——相反，他们的失败也是可以理解的。

“登月的基本步骤是将飞船以零速度降落在水平面上，”目前在印第安纳州西拉斐特市普渡大学工作的地球物理学家 H. Jay Melosh 说道。“但在月球上，这可不是件容易的事。”考虑到将航天器送上月球需要耗费大量能量和速度，不难看出，如果强行将其减速至零速度，可能会出现许多问题。即使创世纪号的发动机没有熄火，也无法保证它能够顺利着陆。

从地球上看，月球明亮闪亮，但其表面实际上非常粗糙，布满陨石坑、巨石和不稳定的地质特征。这些危险使得寻找一块平坦的地面着陆变得困难：尼尔·阿姆斯特朗在阿波罗 11 号期间几乎耗尽燃料寻找新的着陆点，因为他觉得原来的着陆点有太多陨石坑和巨石。事实上，由于其表面，“月球比火星更难着陆，”梅洛什说。“月球上没有哪个地方比其他地方更好。从统计数据来看，它们都一样。”

无人航天器缺乏人类直觉，而正是这种直觉促使阿姆斯特朗在飞行过程中改变航向。你只能希望控制着陆器的自主系统足够智能，能够识别表面危险并降落在安全的地方。目前尚不清楚以色列着陆器是否拥有像中国嫦娥登月器那样的危险规避软件；根据任务的简陋程度，梅洛什预测创世纪号没有。

尽管月球的重力较低，使飞机在下降过程中更容易减速，但降落到没有空气的物体上却很困难。当你在地球上降落飞机时，大气的压力场有助于向后推飞机，使飞机减速。在真空中，这种压力场是不存在的。

但登月最大的问题之一或许是知道自己身在何处。我们仍然缺乏技术来精确定位准备降落的着陆器的位置。“月球上没有 GPS，在地球上我们认为这是理所当然的，”美国宇航局位于弗吉尼亚州汉普顿的兰利研究中心的航空工程师 Alicia Cianciolo 说。“我们不知道自动驾驶汽车在任何给定点的确切位置或速度。”美国宇航局的深空网络有助于收集有关这些事情的一些信息，但这些只是估计值，而且由于距离遥远，存在滞后时间。在这段距离上，错误可能会累积。

梅洛什说，着陆器脱离轨道并进入下降机动时，会进行惯性导航——“这意味着，它们试图根据作用于航天器的加速度来感知自己的位置，”梅洛什说。“但重力不会给你任何惯性加速度。加速度计对重力场的任何变化都没有任何反应。”安全着陆意味着你必须对月球重力场有很好的感知——这是美国宇航局重力恢复和内部实验室 (GRAIL) 在本世纪初确定的（梅洛什参与了这项工作）。

所有这些不确定性使得提高航天器的自主性变得更加必要，这实际上要求你想象和规划可能出错的每一个细节。“缺乏想象力才是我们无法规划和测试这些事情的原因，”Cianciolo 说。

她和 NASA 兰利中心的其他工作人员正在致力于改进机载系统，减少这些任务中可能出现的错误，特别是通过该机构的 SPLICE（安全精确着陆综合能力演进）项目。该项目的目标是通过更好地整合机载所有传感器和加强数据处理，提高自主航天器着陆的精确度和安全性。这项工作仍在进行中，但人们希望 SPLICE 能很快将自主着陆器系统推向新的高度，尤其是在实现 2024 年重返月球的目标之前。

虽然模拟帮助我们随着时间的推移改进了这些系统，但最好的老师是现实世界的经验，无论成功还是失败。SpaceIL 的挫折不一定是毁灭性的损失。从长远来看，每一次这样的任务都让我们更好地了解可能出现的问题，以及哪些解决方案可以防止下一次灾难的发生。“出错有时纯粹是我们缺乏想象力，这只是一个学习如何以其他方式减轻它们的问题，”Cianciolo 说。