今年是美國探月大年，卡納維拉爾角LC-39B發(fā)射臺現(xiàn)在正矗立著一枚SLS重型運(yùn)載火箭，它將聯(lián)手獵戶座飛船執(zhí)行阿爾忒彌斯一號無人環(huán)月任務(wù)，雖然目前這枚火箭仍然在發(fā)射臺上“掙扎”，但還是祝它好運(yùn)。
執(zhí)行阿爾忒彌斯一號任務(wù)的SLS重型火箭
除此之外，按照年初計(jì)劃，今年下半年還將有兩次無人登月任務(wù)，分別是宇宙機(jī)器人公司的“游隼任務(wù)一”與機(jī)器視覺公司的“直覺機(jī)器任務(wù)一”。
進(jìn)入21世紀(jì)以來，嫦娥探月工程先后實(shí)施了包括嫦娥一號、嫦娥二號、嫦娥三號、嫦娥五號T1、鵲橋中繼星、嫦娥四號、嫦娥五號總計(jì)7次服務(wù)月球任務(wù)的探測器（還有一顆哈工大的龍江二號繞月小衛(wèi)星），包括三次登月與一次月球采樣返回，載人航天工程與探月工程在月球表面的大會師也將是未來8年內(nèi)我們要做的事情，種種事實(shí)表明我們已經(jīng)成為引領(lǐng)人類21世紀(jì)探月的先鋒力量。
嫦娥三號著陸器
嫦娥四號著陸器
嫦娥五號月面采樣作業(yè)
讓我們引領(lǐng)人類，這是大洋彼岸無論如何也難以接受的，因此NASA推出了阿爾忒彌斯載人重返月球計(jì)劃，在此計(jì)劃內(nèi)還有商業(yè)月球有效載荷服務(wù)計(jì)劃，該計(jì)劃包括一系列無人月球探測器，游隼任務(wù)一與直覺機(jī)器任務(wù)一就屬此列，旨在為載人重返月球探路。
游隼任務(wù)一著陸器
游隼任務(wù)一受限于火神半人馬座火箭的不確定性，發(fā)射延期的可能性很大，因此“直覺機(jī)器任務(wù)一”將肩負(fù)起“美國時隔半個世紀(jì)后重新恢復(fù)登月能力”的歷史重任。
執(zhí)行直覺機(jī)器任務(wù)一的“新星-C著陸器”將山寨嫦娥三號系列著陸器使用的激光三維成像敏感器技術(shù)，嫦娥三號、嫦娥四號、嫦娥五號三次任務(wù)創(chuàng)造的100%登月成功率的實(shí)踐表明，該技術(shù)是新世紀(jì)月球探測領(lǐng)域的核心技術(shù)。
執(zhí)行“直覺機(jī)器任務(wù)一”的“新星-C著陸器”
一個鮮少有人注意到的情況是，美國至今尚未真正掌握探測器自主安全著陸月球的能力，半個世紀(jì)前他們曾實(shí)施過兩大登月計(jì)劃，分別是勘測者計(jì)劃與阿波羅登月計(jì)劃，前者是無人登月，后者是有人登月，兩個計(jì)劃均未應(yīng)用自主避障技術(shù)。
沒有自主避障技術(shù)，怎么登月？人類早期無人探測器登月均需選擇大片開闊平坦的月面著陸，這些探測器進(jìn)入下降程序后，所能做的就是根據(jù)高度、速度等信息修正彈道，然后沿著既定彈道一頭扎下去，能不能成功全憑運(yùn)氣，大片平坦開闊的月面則一定程度提高了“登月成功的概率”，以勘測者計(jì)劃為例，總計(jì)實(shí)施了7次登月任務(wù)，其中有2次失敗，成功率約70%。
在阿波羅載人登月計(jì)劃之前實(shí)施的“勘測者計(jì)劃”，圖為勘測者著陸器模型。
阿波羅計(jì)劃作為載人登月計(jì)劃，對安全性的要求更高，如果沿用勘測者系列著陸器的控制技術(shù)后果是不堪設(shè)想的，然而那一時期人類并沒有掌握自主避障技術(shù)，怎么辦？這時候就要發(fā)揮“人”的作用。
“人工智能”是時下很熱門的一個科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，聽起來很高大上，但它其實(shí)是自動化技術(shù)的一個分支，目前人工智能只能在極個別領(lǐng)域超越人類，但其綜合能力距離“人”的智能仍有很大差距，“人”的作用與價(jià)值在任何時候都不能被忽視，這也正是阿波羅計(jì)劃得以成功的關(guān)鍵所在。
阿波羅登月飛船會在下降彈道中由宇航員根據(jù)月球地貌確認(rèn)導(dǎo)航點(diǎn)，從而確保飛行彈道的正確，在著陸末段宇航員具備手控飛船能力，可對障礙物進(jìn)行人工干預(yù)條件下的規(guī)避。
比如執(zhí)行首次登月任務(wù)的阿波羅11號鷹號登月艙，在距離月面不到1分鐘航程的時候，宇航員發(fā)現(xiàn)著陸點(diǎn)是一個環(huán)形坑，如果不接入手控程序，結(jié)局就是撞向環(huán)形山。
阿波羅11號登月艙差點(diǎn)撞到的環(huán)形山
再比如，阿波羅12號直接降落在了距離勘測者3號無人探測器僅163米處位置，實(shí)現(xiàn)了定點(diǎn)著陸。
宇航員現(xiàn)地拍攝的勘測者3號無人探測器，遠(yuǎn)處是阿波羅12號登月艙。
還有阿波羅13號奇跡般的天地大營救行動，如果這是一艘無人飛船，以當(dāng)時的技術(shù)水平而言，是無法有太多作為的，上述種種皆因發(fā)揮了“人”的作用。
當(dāng)代航天發(fā)揮“人”的作用的案例也比比皆是，比如載人空間站正是發(fā)揮了航天員的在軌照料作用，人類才得以在宇宙空間每年開展數(shù)以千計(jì)的大規(guī)?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)工作；為了確保飛船成功對接空間站，不論是載人飛船還是無人的貨運(yùn)飛船，它們都有自動交會對接功能，但都必須同時具備手控交會對接功能，后者是確保安全的托底手段。
航天員劉旺操控神舟九號與天宮一號對接，目的在于驗(yàn)證手控交會對接技術(shù)。
然而，科學(xué)技術(shù)始終是向前發(fā)展的，發(fā)展的目的就是提高效率，在重視“人”的同時也必然要增強(qiáng)自動化能力。
在漫長的月球探測史中，除載人登月外的所有無人登月探測器皆為“盲降”，直到8年多前嫦娥三號徹底終結(jié)了“盲降”歷史。
嫦娥三號在著陸下降過程中，一系列測距與測速敏感器實(shí)時獲取速度、距離信息，進(jìn)而生成控制指令，控制變推力發(fā)動機(jī)調(diào)整航向，整個降落過程可分為主減速段、快速調(diào)整段、避障段三大階段。
嫦娥三號在主減速段拍攝的影像
“主減速段”啟動7500N軌控發(fā)動機(jī)消減探測器飛行速度，“快速調(diào)整段”用于銜接主減速段與避障段，在此階段軌控發(fā)動機(jī)降低推力，并快速進(jìn)行姿態(tài)機(jī)動，趨近于垂直，“避障段”采取接力避障模式，細(xì)分為接近段、懸停段、避障段、緩速下降段。
嫦娥三號登月之“快速調(diào)整段”
進(jìn)入接近段，探測器對主著陸區(qū)成像，識別大型障礙物進(jìn)行粗避障。當(dāng)探測器來到距離月面100米左右高度時進(jìn)行懸停成像，并自主快速選定安全著陸點(diǎn)，之后探測器進(jìn)入到避障段，該階段被稱為“精避障”，當(dāng)探測器來到著陸點(diǎn)上空30米高度進(jìn)入緩速下降段，當(dāng)探測器距離月面約2至4米高度時，發(fā)動機(jī)關(guān)機(jī)，探測器最后的著陸能量由著陸腿吸收。
嫦娥三號懸停段降落相機(jī)成像
其中一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用就在懸停成像段，此階段探測器啟用“激光三維成像敏感器”對著陸區(qū)進(jìn)行三維精確成像，并基于“安全半徑螺旋搜索算法”實(shí)現(xiàn)快速遴選著陸點(diǎn)，有效解決了登月安全性的問題，這就是美國直覺機(jī)器公司的“新星-C著陸器”要山寨的技術(shù)。
激光三維成像
繼承嫦娥探月衣缽的天問一號火星探測器更是憑借激光三維成像技術(shù)成功登陸火星，讓一步實(shí)現(xiàn)火星繞落巡的夢想得以實(shí)現(xiàn)，這在世界上是首次。就在前不久，國際宇航聯(lián)合會將今年的世界航天獎頒給了天問一號火星探測團(tuán)隊(duì)。
天問一號登陸火星“激光三維成像”
美國“新星-C著陸器”在登月末段也有“激光三維成像”環(huán)節(jié)
以前都說我們是“山寨大國”，而如今又進(jìn)入到了一個“反向山寨”的新階段。近年來，大洋彼岸山寨我們的案例可以說是越來越多，在航天領(lǐng)域之外，還有其新一代大型驅(qū)逐艦“DDG（X）”山寨055萬噸大驅(qū)。
上圖：055萬噸大驅(qū)；下圖：DDG（X）。
山寨的實(shí)質(zhì)是引進(jìn)、消化、吸收、再創(chuàng)新過程中的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，關(guān)鍵在于最終是否掌握核心技術(shù)。
核心技術(shù)要不來、買不來、討不來，掌握核心技術(shù)是把握未來的關(guān)鍵，而能孕育核心技術(shù)的沃土更是關(guān)鍵中的關(guān)鍵。曾經(jīng)大洋彼岸有過這樣一片沃土，現(xiàn)在他們那片沃土的養(yǎng)分正伴隨著“產(chǎn)業(yè)空心化問題”日漸枯竭，如今雖不乏有SpaceX這樣的新星，但馬斯克的一己之力終歸是有限。
