美国又要抄作业了：月球着陆器山寨嫦娥三号，事关登月成败

今年是美国探月大年，卡纳维拉尔角LC-39B发射台现在正矗立着一枚SLS重型运载火箭，它将联手猎户座飞船执行阿尔忒弥斯一号无人环月任务，虽然目前这枚火箭仍然在发射台上“挣扎”，但还是祝它好运。

执行阿尔忒弥斯一号任务的SLS重型火箭

除此之外，按照年初计划，今年下半年还将有两次无人登月任务，分别是宇宙机器人公司的“游隼任务一”与机器视觉公司的“直觉机器任务一”。

进入21世纪以来，嫦娥探月工程先后实施了包括嫦娥一号、嫦娥二号、嫦娥三号、嫦娥五号T1、鹊桥中继星、嫦娥四号、嫦娥五号总计7次服务月球任务的探测器（还有一颗哈工大的龙江二号绕月小卫星），包括三次登月与一次月球采样返回，载人航天工程与探月工程在月球表面的大会师也将是未来8年内我们要做的事情，种种事实表明我们已经成为引领人类21世纪探月的先锋力量。

嫦娥三号着陆器

嫦娥四号着陆器

嫦娥五号月面采样作业

让我们引领人类，这是大洋彼岸无论如何也难以接受的，因此NASA推出了阿尔忒弥斯载人重返月球计划，在此计划内还有商业月球有效载荷服务计划，该计划包括一系列无人月球探测器，游隼任务一与直觉机器任务一就属此列，旨在为载人重返月球探路。

游隼任务一着陆器

游隼任务一受限于火神半人马座火箭的不确定性，发射延期的可能性很大，因此“直觉机器任务一”将肩负起“美国时隔半个世纪后重新恢复登月能力”的历史重任。

执行直觉机器任务一的“新星-C着陆器”将山寨嫦娥三号系列着陆器使用的激光三维成像敏感器技术，嫦娥三号、嫦娥四号、嫦娥五号三次任务创造的100%登月成功率的实践表明，该技术是新世纪月球探测领域的核心技术。

执行“直觉机器任务一”的“新星-C着陆器”

一个鲜少有人注意到的情况是，美国至今尚未真正掌握探测器自主安全着陆月球的能力，半个世纪前他们曾实施过两大登月计划，分别是勘测者计划与阿波罗登月计划，前者是无人登月，后者是有人登月，两个计划均未应用自主避障技术。

没有自主避障技术，怎么登月？人类早期无人探测器登月均需选择大片开阔平坦的月面着陆，这些探测器进入下降程序后，所能做的就是根据高度、速度等信息修正弹道，然后沿着既定弹道一头扎下去，能不能成功全凭运气，大片平坦开阔的月面则一定程度提高了“登月成功的概率”，以勘测者计划为例，总计实施了7次登月任务，其中有2次失败，成功率约70%。

在阿波罗载人登月计划之前实施的“勘测者计划”，图为勘测者着陆器模型。

阿波罗计划作为载人登月计划，对安全性的要求更高，如果沿用勘测者系列着陆器的控制技术后果是不堪设想的，然而那一时期人类并没有掌握自主避障技术，怎么办？这时候就要发挥“人”的作用。

“人工智能”是时下很热门的一个科学技术领域，听起来很高大上，但它其实是自动化技术的一个分支，目前人工智能只能在极个别领域超越人类，但其综合能力距离“人”的智能仍有很大差距，“人”的作用与价值在任何时候都不能被忽视，这也正是阿波罗计划得以成功的关键所在。

阿波罗登月飞船会在下降弹道中由宇航员根据月球地貌确认导航点，从而确保飞行弹道的正确，在着陆末段宇航员具备手控飞船能力，可对障碍物进行人工干预条件下的规避。

比如执行首次登月任务的阿波罗11号鹰号登月舱，在距离月面不到1分钟航程的时候，宇航员发现着陆点是一个环形坑，如果不接入手控程序，结局就是撞向环形山。

阿波罗11号登月舱差点撞到的环形山

再比如，阿波罗12号直接降落在了距离勘测者3号无人探测器仅163米处位置，实现了定点着陆。

宇航员现地拍摄的勘测者3号无人探测器，远处是阿波罗12号登月舱。

还有阿波罗13号奇迹般的天地大营救行动，如果这是一艘无人飞船，以当时的技术水平而言，是无法有太多作为的，上述种种皆因发挥了“人”的作用。

当代航天发挥“人”的作用的案例也比比皆是，比如载人空间站正是发挥了航天员的在轨照料作用，人类才得以在宇宙空间每年开展数以千计的大规模科学实验工作；为了确保飞船成功对接空间站，不论是载人飞船还是无人的货运飞船，它们都有自动交会对接功能，但都必须同时具备手控交会对接功能，后者是确保安全的托底手段。

航天员刘旺操控神舟九号与天宫一号对接，目的在于验证手控交会对接技术。

然而，科学技术始终是向前发展的，发展的目的就是提高效率，在重视“人”的同时也必然要增强自动化能力。

在漫长的月球探测史中，除载人登月外的所有无人登月探测器皆为“盲降”，直到8年多前嫦娥三号彻底终结了“盲降”历史。

嫦娥三号在着陆下降过程中，一系列测距与测速敏感器实时获取速度、距离信息，进而生成控制指令，控制变推力发动机调整航向，整个降落过程可分为主减速段、快速调整段、避障段三大阶段。

嫦娥三号在主减速段拍摄的影像

“主减速段”启动7500N轨控发动机消减探测器飞行速度，“快速调整段”用于衔接主减速段与避障段，在此阶段轨控发动机降低推力，并快速进行姿态机动，趋近于垂直，“避障段”采取接力避障模式，细分为接近段、悬停段、避障段、缓速下降段。

嫦娥三号登月之“快速调整段”

进入接近段，探测器对主着陆区成像，识别大型障碍物进行粗避障。当探测器来到距离月面100米左右高度时进行悬停成像，并自主快速选定安全着陆点，之后探测器进入到避障段，该阶段被称为“精避障”，当探测器来到着陆点上空30米高度进入缓速下降段，当探测器距离月面约2至4米高度时，发动机关机，探测器最后的着陆能量由着陆腿吸收。

嫦娥三号悬停段降落相机成像

其中一项关键技术的应用就在悬停成像段，此阶段探测器启用“激光三维成像敏感器”对着陆区进行三维精确成像，并基于“安全半径螺旋搜索算法”实现快速遴选着陆点，有效解决了登月安全性的问题，这就是美国直觉机器公司的“新星-C着陆器”要山寨的技术。

激光三维成像

继承嫦娥探月衣钵的天问一号火星探测器更是凭借激光三维成像技术成功登陆火星，让一步实现火星绕落巡的梦想得以实现，这在世界上是首次。就在前不久，国际宇航联合会将今年的世界航天奖颁给了天问一号火星探测团队。

天问一号登陆火星“激光三维成像”

美国“新星-C着陆器”在登月末段也有“激光三维成像”环节

以前都说我们是“山寨大国”，而如今又进入到了一个“反向山寨”的新阶段。近年来，大洋彼岸山寨我们的案例可以说是越来越多，在航天领域之外，还有其新一代大型驱逐舰“DDG（X）”山寨055万吨大驱。

上图：055万吨大驱；下图：DDG（X）。

山寨的实质是引进、消化、吸收、再创新过程中的学习环节，关键在于最终是否掌握核心技术。

核心技术要不来、买不来、讨不来，掌握核心技术是把握未来的关键，而能孕育核心技术的沃土更是关键中的关键。曾经大洋彼岸有过这样一片沃土，现在他们那片沃土的养分正伴随着“产业空心化问题”日渐枯竭，如今虽不乏有SpaceX这样的新星，但马斯克的一己之力终归是有限。