“創世紀”-全球首個非政府月球探測任務分析

王帥 張博 （北京空間科技信息研究所，中國空間技術研究院）

北京時間2019年2月22日9時45分，太空以色列公司（SpaceIL）研制的“創世紀”（Beresheet）月球探測器搭乘太空探索技術公司（SpaceX）的獵鷹―9運載火箭發射升空，33min后探測器與火箭分離，開始飛向月球。經過一個多月的地月轉移，“創世紀”探測器于4月4日成功進入環月軌道，但在4月12日的著陸過程中出現故障，最終墜毀月球。“創世紀”探測器是以色列首個月球探測器，也是世界上首個由私人企業研制和發射的月球探測器。盡管“創世紀”探測器最終未能實現月球著陸，但該任務不僅實現了以色列深空探測“零”的突破，也使得以色列成為第七個實現月球環繞的國家，同時促進了全球商業月球探測的萌芽。

1 研制背景

“創世紀”任務最初是太空以色列公司參與谷歌月球X大獎賽（Google Lunar XPRIZE，GLXP）提出的月球探測任務。任務可以追溯至2011年，3位年輕以色列工程師成立了以色列非盈利組織——太空以色列公司，致力于向月球發射以色列的第一個月球探測器，贏得谷歌月球X大獎賽。

該大獎賽是一項由XPRIZE基金會組織、谷歌公司贊助的激勵型太空競賽。大獎賽號召由私人贊助的航天項目團隊向月球表面發射一個月球探測器，行駛500m，并傳回高清視頻和圖像。大獎賽獎金總額為3000萬美元。2018年，大獎賽在沒有團隊完成比賽目標的情況下終止，太空以色列公司作為大獎賽最終階段僅存的五個團隊之一，繼續開展任務。

“創世紀”項目成本約為9500萬美元，主要由猶太捐助者提供，其中大部分由以色列億萬富翁和慈善家莫里斯·卡恩提供。太空以色列公司得到了以色列航天局（ISA）等多個航天機構以及教育機構的技術支持，探測器主承包商為以色列航天工業公司（IAI）。

“創世紀”探測器結構示意圖

2 任務基本情況

“創世紀”探測器原名“麻雀”（Sparrow），于2018年12月正式命名為“創世紀”，是太空以色列公司研制的私人月球探測器。

任務目標

“創世紀”任務的目標主要瞄準谷歌月球X大獎賽的目標，包括：①在月球表面實現軟著陸；②在月球表面行進500m；③將拍攝的高清視頻和圖片傳回地球。此外，“創世紀”探測器將測量月球的磁場，以幫助科學家研究月球是如何形成的。

除了比賽目標之外，太空以色列公司還有著更宏大的愿景，其將“創世紀”任務考慮為一項國家任務：利用“創世紀”任務鼓舞人心的故事，為以色列和世界各地的下一代創造教育影響。公司期望能夠創造新的“阿波羅效應”，教育和激勵以色列乃至全世界的年輕一代，培養他們對于科學、技術、工程和數學的興趣。太空以色列公司承諾將大獎賽的獎金用于促進以色列的科學發展和科學教育，確保以色列繼續在這些領域保持卓越地位。公司正與教育部一起推出一系列教育計劃，以幫助學生跟蹤探測器的旅程。

探測器設計

“創世紀”探測器直徑約為2m，高約1.5m，發射質量為585kg，其中包含了約400kg的推進劑。“創世紀”探測器配備4個著陸腿，每個著陸腿由3個伸縮式支柱組成，形成倒三角架的形狀。三腳架尖端配有一個與月球表面接觸的腳墊。“創世紀”探測器攜帶的有效載荷包括魏茨曼科學研究所提供的磁力儀，以及美國國家航空航天局（NASA）戈達德空間飛行中心提供的、用于測量月球精確軌道的激光后向反射器陣列。

此外，探測器還攜帶了一個利用納米技術銘刻著希伯來圣經的、硬幣大小的金屬片，以及一個裝有3個小磁盤的時間膠囊，內容包括以色列獨立宣言和國歌、大屠殺幸存者記憶、以色列兒童的太空和月球繪畫、徒步旅行者的祈禱和已故總統西蒙佩雷斯的筆記等以色列歷史和文化信息。

為了降低成本和質量，“創世紀”探測器沒有備份的冗余系統，其設備出現故障就可能導致整個項目失敗。

2.2 王屋鎮各樹種“古樹之最”的生境 調查表明，王屋鎮各樹種“古樹之最”位于家戶門前、寺廟周邊、景區之內、道路邊(表2)，海拔為389～981 m，坡向多為南向，坡度為0～30°，坡位多為中、下位，土質多為褐土。

任務實施歷程

北京時間2019年2月22日，“創世紀”探測器搭乘獵鷹-9火箭發射升空，在進入遠地點6×104km的超地球同步轉移軌道后與火箭分離。然后，探測器將利用自身推進器逐漸提高繞地球軌道高度，直至到達遠地點約為4×105km的軌道。4月4日，探測器在與月球交會處實施軌道機動，主發動機進行了6min的點火，使探測器速度降低了1000km/h，進而實現了探測器的月球捕獲，探測器進入500km×10000km的環月軌道。隨后，探測器再次實施機動進入200km的環月圓形軌道，并在著陸前進入了近月點15～17km、遠月點200km的軌道。

北京時間4月12日3時25分，“創世紀”探測器開始實施月球著陸，著陸初期進展較為順利，主發動機成功點火，探測器還在距月面約22km處拍攝并返回一幅包括月面和自身攜帶的旗幟的照片。但之后，探測器主發動機發生故障，地面控制人員嘗試重啟發動機以使其重新正常工作，但為時已晚，探測器墜毀在月球表面。

“創世紀”探測器原計劃登陸月球后，將拍攝著陸地點并利用磁力儀開展月球磁場的測量。由于沒有熱控系統，探測器只能在月面工作2天左右的時間。計劃著陸在月球北半球的澄海內，著陸區域直徑約為15km。該地點具有磁異常，探測器的磁力計裝置將獲取該地區的磁力信息，并將其用于科學研究。

“創世紀”探測器軌道示意圖

“創世紀”探測器著陸地點示意圖

3 任務特點分析

“創世紀”任務是全球首次非政府月球探測任務，與以往政府開展的民用月球探測任務存在較大差異。

全球首次私人月球任務，推動商業月球探測萌芽

“創世紀”是非傳統航天大國開展的首次月球探測任務，也是全球首次由私人資助的月球探測任務，推動了商業月球探測的萌芽。盡管探測器未能成功著陸月球表面，但其成功進入了環月軌道，使以色列成為了世界上第七個成功實施月球環繞的國家。

盡管“創世紀”任務只是一次探索和試驗性任務，沒有實質上的商業行為，但其開辟了月球探索公私合作的道路。2018年10月，NASA在“月球發現和探索計劃”的支持下，開始參與“創世紀”任務。NASA向任務提供了激光后向反射器陣列、任務期間的通信支持等。太空以色列公司將與NASA共享探測器獲得的數據。

此次任務一定程度上踐行了NASA商業月球探測的模式，探測器搭載了NASA的載荷，NASA提供深空通信支持，同時雙方共享探測數據。可以說，“創世紀”任務盡管沒有商業有效載荷搭載，但促進了全球商業月球探測的萌芽。

偏重工程以及政治目標，科學探測內容相對較少

不同于其他大獎賽參賽任務的是，“創世紀”任務的政治色彩相當濃重。更多包含了完成以色列首次月球探測并開展教育活動的政治目標。很大程度上，此次月球探測任務代表了以色列，從任務目標角度看，任務除了實現大獎賽工程目標外，還包含激勵以色列下一代和發展科學教育等內容；從任務研制角度看，以色列國家工業和院校深度參與了該項任務，以色列航天工業公司等企業給予了大力的技術支持；從任務性質角度看，太空以色列公司的商業目的和未來商業規劃明顯弱于其他大獎賽參賽隊伍，同時大量以色列志愿者參與了任務，性質更接近民用；從任務宣傳角度看，大量宣傳直接將其稱為“以色列首次月球探測”，公司也將其視為一項國家任務看待，很少提及商業或私人公司等要素，同時官方網頁包含了大量的教育元素，類同于歐美等國的民用探測任務。

上述內容很大程度上與以色列未發射過月球探測器有關，畢竟“創世紀”探測器是以色列研制的首個月球探測器，而美國、日本和印度等國均發射過月球探測器，政府重視程度不可同比，公司也將其視為一次政府任務來開展。總的看來，除了經費贊助者的私人性質明確以外，很多的要素都與商業航天關聯性較弱，其政治目的明顯高于其他大獎賽參賽任務。

探測任務設計中規中矩，月面移動方案相對創新

“創世紀”的任務設計主要圍繞實現谷歌月球X大獎賽展開，除了采取反推發動機進行“跳躍”從而實現移動以外，該任務就是一個小型簡化版的傳統月球著陸器任務。

探測器與傳統的月球和火星著陸器構型類似，著陸方式也采用了當前主流的反推發動機+著陸腿緩沖，任務軌道方面則受限于發射成本而選擇了時間較長的飛行方式，著陸地點方面選擇了月球正面平坦區域中具有磁場異常的地點，可以開展磁場探測，整個探測器看來就是一個小型簡化版的傳統月球著陸器。只是在月面移動方案上進行了創新，沒有采用履帶式或輪式月球車進行表面移動，而是考慮采用反推發動機再次點火升空并著陸，從而完成移動。這樣做既節省了研制月球車的成本，又降低了探測器的質量，但在谷歌月球X大獎賽終止之后，太空以色列公司就暫緩了移動的目標，將主要精力集中在著陸目標上。

4 結論

任務性價比仍相對較低，短時間無法用于商用

“創世紀”項目成本約為1億美元，其中不包括以色列航天機構和科研院校提供的無償技術支持。項目成本確實仍低于歐美傳統月球著陸任務，但其功能相對有限，有效載荷搭載能力較低，且僅能在月面生存約2天；同時設備沒有備份，一旦出現故障將導致整個任務失敗，可靠性非常低。在當前探月模式未發生重大變化的情況下，“創世紀”探測器的性價比并不高。

利用“創世紀”探測器實現商業盈利還需要一段時間。不過，利用商業資金開展非政府創新航天任務的模式值得借鑒，該模式既可引入商業投資，也減輕了政府任務必須成功的壓力，有助于加速推進創新技術和創新任務的發展。

商業月球探測開始萌芽，應把握當前發展機遇

“創世紀”探測器的發射正式開啟了非政府私人月球探測，實踐了商業搭載有效載荷的模式，為未來政府和高校科研機構、私人公司甚至個人開展月球科學探測和開發提供了新的路徑。近年來，NASA也在積極探索商業月球有效載荷服務的道路，期望將近地商業載人運輸的成功經驗應用到月球探測上，未來商業月球探測有望重塑當前近地軌道商業運輸的繁榮景象。

月球探測市場尚未成形，應注重監管行業發展

盡管NASA已經開始布局商業月球探測，多國私人企業也在積極發展商業月球探測計劃。但探月活動尚未進入大規模實施和應用階段，當前需求僅限于有限的國家科研機構，且由于政治因素，各國采購將主要在國內進行，短期內商業月球探測市場可能存在供應能力遠超實際需求、配套設施與應用體系建設嚴重滯后等問題。

預計近期很多商業月球探測公司都可能面臨載荷空間利用不全的情況，應合理評估未來市場、有序穩步發展，同時推動商業應用體系的完善。