向月球前进的下一代机器人探测器

上世纪 60 年代，登月竞赛还不喾于一场战争，现如今，却已然变成了一门生意。

黎明时分，几辆车从直觉机器公司的机棚大门中缓缓驶出，顺利汇入车流中，向休斯顿郊外的艾灵顿航天基地开去直觉机器公司将在这里测试一台月球登陆器的引擎

在这支由皮卡和拖车组成的小小车队中，最关键的部分是一辆装载着几台火箭引擎的平板车直觉机器公司的员工将这辆平板车叫做可移动测试台该公司 CEO 史蒂夫阿尔特姆斯表示:我们没有选择在某个偏远的地方花 50 万美元建造测试设施，相反，我们仅花 1.6 万美元买了一辆卡车，然后进行了改装

只见这支车队穿过大门，在安检口暂停了一下，然后继续朝一条废弃的飞机滑行道驶去沥青路面上用黄色画了个大的X字，意味着这条跑道已经弃置不用了驾驶卡车的员工将测试台停在了距指挥拖车100 米处，然后熟练地展开操作，准备点火

在现场的其他人看来，这些拖车和平板车看上去平平无奇但对直觉机器公司的员工而言，它们其实就是一台名叫 Nova—C 的登月飞行器主发动机的喷嘴从平板车后方伸出，旁边放置着一个用于测试反应控制推进器的真空舱防爆墙后面放有各自独立的甲烷，氧气和氮气罐控制拖车上载有该飞行器的第一套飞行控制系统这套东西或许与我们对太空飞行器的理解大相径庭，但其上搭载的部分硬件和软件或将使其成为自上世纪 70 年代以来，首个实现月球软着陆的美国飞行器

在 NASA 的重返月球计划中，一支机器人小队将率先登陆月球该机构希望借私人企业之力实现这些雄伟的目标目前已有十几家规模不等的公司开始了新一代机器人登月飞行器的打造

2019 年 5 月，NASA 将任务派给了其中的三家公司:位于匹兹堡的 Astrobotic Technology 公司，位于新泽西的 OrbitBeyond 公司，以及直觉机器公司其中，Astrobotic Technology 公司计划明年将 11 份载荷送上月球，目标登陆地点为月球正面一个名为死湖的大型撞击坑直觉机器公司明年也将向月球送去一些载荷，其中六份计划送往风暴洋等到 2023 年末，Astrobotic Technology 公司还会向月球南极再送去一批载荷同年，第三家供应商 Firefly Aerospace 将在月球非极地区域开展实验第四家供应商 Masten Space Systems 也计划向月球南极运送 8 台载荷

从合作方的数量可以看出 NASA 的最新商业重点落在何处NASA 没有将飞行器委托给其它公司按照规范制造，而是要求业界提供已准备好执行任务的硬件设备，客户付款后即可使用货运行业和国际空间站定期接送宇航员采用的就是这种方法

为了 NASA，我们一定要成功阿尔特姆斯表示，万一我们失败，他们就不愿继续承担这类风险了

此外，还有其它公司也计划参与这场激烈竞争今年八月，蓝色起源公司发起了一场诉讼，指控 NASA 在选择太空探索公司制造载人登月飞行器的过程中，评标过程不合法且不正当

这些都给直觉机器公司的项目团队带来了很大的压力2020 年 1 月，中标仅过去八个月后，该公司的测试便开始了工程师花了好几个小时做准备他们先是将电源和数据线接好，设置好三脚架上的高分辨率摄影机，进行了多次阀门测试，最后穿上防护服，戴上头盔，开始灌注液氧

无论从哪个角度来看，这家仅有 130 人的初创公司都面临着巨大的压力可为什么这里人人都笑容满面呢项目经理格雷格瓦多斯解释道:因为我们做事的速度比 NASA 快得多，我们很乐于看到这一点

另一轮循环

阿波罗计划结束后，月球似乎就被人遗忘了虽然有过许多关于建立月球市场的讨论，甚至还有奖金高达千万美元的 Google 月球 X 大奖，但自 1976 年以来，只有中国成功实现了登月

如今对美国而言，重启探月行动的迫切性已经达到了国家层面2018 年 3 月，NASA 启动了商业月球载荷服务计划，准备先将一支由小型机器人登月飞行器和月球车组成的队伍送上月球，后续再进一步开展载人登月任务

这将为野心勃勃的阿尔忒弥斯任务做好必要的准备NASA 计划与商业伙伴和其它国际合作方一起实现人类在月球的长期居留，最终以此作为火星远征任务的跳板但要想实现这些，登月飞行器首先要将 22 磅载荷送上月球表面

NASA 宣布了自己的计划后，直觉机器公司率先举手，成为了众多参与登月任务的初创公司的中流砥柱从某种意义上来说，这家公司就像 NASA 约翰逊航天中心难民们的专属避难所阿尔特姆斯就曾担任过 NASA 约翰逊航天中心的工程总监在任期间，NASA 开展了多次往返飞行任务但在 NASA 的生活令他感到苦不堪言我们想创造一种紧迫感，阿尔特姆斯回忆道，我们在 NASA 完成了航天飞机的退伍，完成了国际空间站的组装，后来又终止了星座计划所有这些似乎都是为了能力建设，根本没有目的地于是我们决定跳槽了

直觉机器公司的初衷是成为一家商业公司兼智库机构，为航空，能源和医疗行业提供工程解决方案但成立之后，该公司的主要业务一直是无人机，而不是登月飞行器直到 2018 年，美国修改了月球相关政策，重新将月球作为任务重点，强调了其紧迫性这家小小的公司成功击败了其它竞争者，参与了首期 CLPS 任务在此之后，该公司员工人数迅速翻番，如今在职者既有 NASA 的退伍老兵，又有刚刚毕业的年轻工程师

例如，现年 25 岁的马里奥马吉奥从科罗拉多大学博尔德分校拿到航空航天工程硕士学位后，一心想去休斯顿求职，如今他任职的团队正在为 NASA 研发登月飞行器他指出:在目前尚未退休的人中，有过登月经验的人可谓寥寥无几

直觉机器公司之前曾想与波音公司联手，为 NASA 打造载人级登月飞行器但波音在人类登陆系统的竞标中输给了其它竞争者不过，考虑到直觉机器公司一直在为阿尔忒弥斯计划进行硬件研发，该公司员工相信他们还有机会例如，他们的 3D 打印 VR3500 着陆引擎在马歇尔太空飞行中心的 115 号测试场创下了连续测试时间的最长记录因此直觉机器公司或许还可以与某家人类登录系统的中标公司合作，参与其它登月飞行器项目

直觉机器公司既有政府资金的支持，又有巨大的商业潜力但如果无法成功登月，这些都毫无意义

工程师马吉奥正在检查接线这是测试前的众多必要检查事项之一

月壤上的心碎时刻

2019 年 4 月，以色列民营组织 SpaceIL 发射的创世纪号登月探测器在登陆的最后十分钟功败垂成，以一种戏剧化的方式提醒了航空界，登月是一件多么困难的任务。

创世纪号在准备登陆时，首先利用自动化系统完成主推进器点火，让速度慢下来飞行器的轨道速度约为每秒 1700 米，要想实现软着陆，必须将速度减少至零

SpaceIL 高级系统工程师约阿夫兰兹曼回忆道

根据轨道物理学，速度下降的同时，高度也会下降，相当于在垂直速度不断加速的情况下向表面坠落在登陆月球时，引力是最大的敌人，缺少大气层倒不是主要的影响因素如果在没有大气层的小行星上登陆，与其说是降落，其实更类似与国际空间站对接但月球则不然，因为月球的质量比小行星大得多，引力也强得多

SpaceIL 团队向飞行器上传了旋转指令，让主引擎对准轨道速度的相反方向，然后命令引擎点火轨道速度随后开始下降，15 分钟后减少至零接下来再旋转一次，飞行器便可转为着陆方向，开始垂直下降，同时利用主引擎降低速度，直至接近停滞

可是 19 点 22 分时，遥感指示灯突然亮起了红灯，登陆器开始以接近每秒 75 米的速度坠落接着指示灯暗了下来，说明发生了故障

SpaceIL 团队急忙尝试重启系统但在这种情况下，由于长距离通讯延时，成功采取干预的希望非常渺茫，首先收到故障提示，然后做出决定，再发送指令如果故障导致引擎断线，就无法通过地球发送指令及时重启了

事实上，创世纪号的引擎的确重启了，但为时已晚其垂直速度已经达到了每秒 134 米，水平速度为每秒 947 米在距离月球表面仅 1.6 公里处，创世纪号的失败结局已经注定19 点 23 分，棺材的盖子彻底落下，信号就此消失

兰兹曼表示，这是我们在深空工程领域学到的重要一课此次事件说明，飞行器的自动化过程必须足够稳定可靠，还要有恰当的冗余和备用管理计划但除此之外，他或许还学到了另外一件事:在日渐兴起的登月行业中，他的专业技能或可大展身手

全球有过探月任务经验的人并不多为帮助人类实现下一个巨重大飞跃，我觉得自己肩负着巨大的责任目前我正在开展第一步，成立自己的商业公司，希望以此降低登月的成本和难度

2021 年 8 月，直觉机器公司的工程师们正在检查一些注塑件。

建造，飞行和演进

直觉机器公司的主引擎与反应控制系统引擎设计师罗布莫尔海德坐在指挥拖车里，全神贯注地盯着面前电脑屏幕上的系统示意图今天的测试将以一套新研制的双重点火系统为重点

这些都是自动化深空引擎，按照预先从地球上传的指令采取行动飞行控制中心计算机是引擎的终极操作员只见一股蓝绿色的火焰从推进器 0.38 英寸直径的喷嘴中喷出，将液氧管线中喷出的大量微小冰晶撞进真空舱中由于此次只是点火测验，不需要复制太空环境，因此真空舱处于开放状态

火焰带绿色说明有金属在燃烧甲烷与液氧混合燃烧的火焰通常是明亮的蓝色但在下一次测试中，火焰颜色变蓝了一些，再下一次，蓝色变得更深了几次测试几乎毫无差别，但莫尔海德和他的团队每次都会做出一些调整，试图找出让登陆器安全着陆的最佳压力，温度与燃料—氧化剂配比推进器点火时的速度与推力对反应控制系统至关重要，因为该系统必须有及时响应能力，才能对航天器进行精准控制

甲烷的使用是个创新等到 Nova—C 发射时，它将成为首个引擎由液氧和液态甲烷驱动的登月飞行器目前的探测器使用的是甲肼等自燃燃料，一旦与四氧化二氮结合，便会立即点火，但毒性很强虽然这不是莫尔海德改用甲烷的主要原因，但甲烷的一大优势是可以在火星上合成

这类引擎从未进入过太空，因此研究团队要抓住这一机会，证明它们并不存在什么风险Nova—C 的主引擎负责减速，反应控制系统引擎则负责转向两者都必须精准运作，才能在着陆过程中将自动系统的指令即刻转化为动作

我们瞄准的地点的着陆成功率有 99%，阿尔特姆斯指出，等着陆点确定后，我们还会对该区域进行筛查，避开可能妨碍安全着陆的卵石和岩石。

另一台参与 2022 年 CLPS 项目的登月飞行器由 Astrobotic 打造，名叫Peregrine它将使用一套可视化系统进行导航，同时在下降过程中还会向地面发射激光脉冲，通过脉冲的反射情况测量下落速度，避开风险因素该公司早在 2014 年便已和 NASA 签订了研发该系统的合同，并在加州莫哈韦沙漠中进行了测试

Nova—C 在着陆时仅使用视觉图像处理技术，因此存在一定局限性就像光学轰炸瞄准具在缺少地表标志的水面上不起作用一样，黑暗的月球表面也令探测器难以判断确切位置要想在月球上着陆，必须达到一定光照条件阿尔特姆斯指出，我们已经把登月条件放宽到了任何地点，任何时间但这会给我们招来大麻烦

在约翰逊中心工作过的员工表示，在 NASA，够好了就相当于不可接受而在直觉机器公司则不然，这里遵循的是一种新太空思潮，即先建好，飞起来，再逐渐演进

在 NASA 时，我们开始招标之前，会把能想象到的每一条要求都写下来，确保供应商投标的结果越接近越好阿尔特姆斯指出，但我们为何要把自己的要求全都写进去，几乎不给供应商任何灵活度呢而在直觉机器公司，我们完全可以打造一台不算完美的登月飞行器，只要能成功登陆月球就行等它登陆之后，我们再不断改进它

虽然直觉机器公司计划先将 Nova—C 送往月球，但 Nova—D 已经在研发之中了，能够向月球带去 1100 磅重的载荷。

在 NASA 老员工们享受着这里自由氛围的同时，年轻的员工则在期盼着光明的未来许多人都认为，自己这一代人将亲眼见证人类对太阳系进行探索和利用

月球将帮助我们走向更远处，现年 22 岁的机械工程师威廉安特曼恩指出，这将为我们开启一个全新的领域

登月飞行器的排位

要想在月球市场上占有一席之地，就要领先于其它竞争者这些竞争者中，很多都与 NASA 签订了合同加入 CLPS 计划的公司最早有九家，2020 年又有另外五家加入其中

参与者们都希望 NASA 能提出不同尺寸的载荷需求，好为自己争取到一次飞行的机会其中，Astrobotic 公司将负责在 2023 年末把 NASA 的挥发物调查极地探测漫游车送到月球南极，寻找水冰的存在

作为最早加入 CLPS 项目的中标方之一，这项价值 1.995 亿美元的任务对 Astrobotic 公司而言无疑是一大胜利该公司成立至今已有 14 年，相比之下，直觉机器公司 2018 年才刚刚诞生其研发的Peregrine月球登陆器计划借联合发射联盟的火神运载火箭发射升空但由于蓝色起源公司供应的 BE—4 引擎交付延期，该登陆器可能需要另择一家发射服务供应商

直觉机器公司的 IM—2 任务计划于 2022 年 12 月向月球南极发送第一台登陆器该公司的 Nova—C 登陆器将向月球送去史上第一台月冰钻探机，名为极地资源冰开采实验 1 号，以及一台用于验证月球上可使用 4G 通讯服务的漫游车今年 7 月，直觉机器公司与亚利桑那州立大学联手拿下了另一份价值 4160 万美元的 NASA 合同，将在 IM—2 任务期间从 Nova—C 上部署一台迷你登陆器，用于考察月球上的深撞击坑，其光学成像系统采集的数据将为未来的月冰开采设备提供很大帮助

若私企，大学和研究机构都能将资源集中起来，月球便将唾手可得这或许能帮助直觉机器公司的 NASA 老员工们避免重蹈覆辙，因为 NASA 的拨款优先级总是一变再变，令大家不知做何才好而借助私人企业开展月球任务就可以很好地规避这一问题直觉机器公司目前就是这么做的该公司今年八月宣布，将在开展第二项 NASA 赞助的任务 IM—2 时，将部分空间租赁出去有四名客户将搭载 IM—2 的猎鹰 9 号火箭同时升空

不仅如此，直觉机器公司还计划进军月球通讯领域Nova—C 登月飞行器将向月球轨道发射一颗由 York Space Systems 公司系统打造的卫星，其提供的带宽可供教学机构或私企客户使用

但这一切实现的前提是，液氧/液态甲烷引擎必须达到完美状态事实上，自 2020 年 1 月的那次测试以来，直觉机器公司便一直在为这一目标努力测试当天出了不少问题，主引擎始终无法点火员工们纷纷围在机器旁，忙着更换阀门，清理管线最后发现，问题似乎出在氧气上此次使用的氧气中所含水汽过多，结成的冰晶堵塞了阀门于是大家决定第二天开始寻找新的氧气供应商

反应控制系统的测试则要顺利得多，引擎成功点火了几十次每一次短暂的点火都提供了引擎的性能数据，被添加到该团队的登陆模拟数据库中可是在天黑之前，测试场气温骤降，连帐篷都被呼啸的狂风扯破了

这就是使用可移动测试台的弊端，好在这种情况已有所改善2021 年 10 月，直觉机器公司正在打造一座地堡，引擎点火测试可以在其内部完成，这样就不用拖家带口地奔赴之前那条废弃的飞机跑道了

2020 年 1 月的那次测试临近尾声时，一轮圆月从地平线上缓缓升起，在暮色四临的夜空中散发出明亮的光辉员工们的目光不禁闪烁了几下如果说他们需要激励的话，最好的激励莫过于此时高悬在他们头顶上方的那轮明月