航天器的“備胎”有多強大？

王鑫

2019年1月11日，“嫦娥四號”探測器成功著陸月球背面的預選著陸區，實現了人類月背表面探測的突破。但很多人并不知道的是，“嫦娥四號”原本只是2013年發射的“嫦娥三號”探測器的備份。事實上，很多航天器在“出生”之初就有“胞弟”或者“備胎”，它們或者是相同設計的航天器因為搭載了不同的科學載荷而產生，或者是賦予了不同的探測目標而出現。那么，為什么要做這種“備胎”的設計呢？

探測器隊伍為“組團”出現

美國和蘇聯在航天史上都曾有大量航天器采用過這種思路，尤其是在20世紀的六七十年代的深空探測高峰期，大量探測器“成雙結對”地奔向月球和外太陽系。

比如，噴氣推進實驗室曾設計過多個系列的航天器，這些航天器充分利用了相同設計、不同目標、互為備份的思路，其中不少都像“雙胞胎”一樣組隊出現，有些甚至是成批次先后發射入軌，比如“海盜計劃”“旅行者計劃”“先驅者計劃”“游騎兵計劃”。那個時期的探測器之所以“搭伙”甚至“組團”出現，主要是由于當時深空探測水平和經驗有限，再加上美國和蘇聯兩國爭奪航天地位的時間緊迫。另外，當時航天器本身的可靠性和成熟度不足，該時期深空探測失敗率很高。

由此可見，冷戰時期探測器出雙入對的根本動機在于提高任務的成功率，彌補早期對探測目標缺乏認知和探測器本身的不可靠所帶來的任務風險。但正所謂“無心插柳柳成蔭”，一些相同設計的探測器因奔向不同的目標或采用了不同的探測路徑而得到了迥異的結局以及豐富的成果，有的甚至大大超越了原來的設計意圖，取得了令人矚目的科學成就。

長壽的“兩兄弟”

20世紀末，美國國家航空航天局（以下簡稱NASA）發起了“火星探測漫游者”計劃，同時設計了兩輛火星車，分別命名為“機遇號”和“勇氣號”，同期前往火星表面的不同地點找尋水和生命存在的痕跡?；蛟S是因為“師出同門”，兩輛火星車都帶有“長壽基因”。自2004年1月“勇氣號”著陸火星表面直到最終失去聯系，累計工作了2208個火星日，是原設計壽命90天的24.5倍。而“機遇號”則更長壽，自著陸火星起一直工作至2018年6月火星刮起全球塵暴失聯，累計工作長達14年，共5474個火星日，是原設計壽命的60倍。

但是要說起最長壽的相同設計航天器，那必須說是與“機遇號”同門的“旅行者”1、2號探測器，它們自19了了年發射后已經在茫茫深空中飛行長達41年。

2013年9月12日，NASA正式公布，經過36年的飛行，“旅行者1號”已經飛出了太陽風的勢力范圍，至今它還在飛向深空并傳回前所未知的星際物質的探測數據。在“新視野號”飛掠冥王星之前，人類所有對太陽系邊緣的知識幾乎都來自于“旅行者號”這兩顆探測器。

它們不只是“備胎”而已

利用相同設計的航天器，同期發射并分別探測不同目標，與單獨發射相比可以充分利用已有的設計和任務規劃。由于它們共用零部件和生產設備，所以任務總成本增加不多，但科學效益有時卻是雙倍甚至更多。有時憑借擴展任務還會有意外驚喜，而互為備份的情況也增強了任務的可靠性。所以，即使進入新世紀，這種思路一直沿用至今。

探測器設計互相繼承的思路可以最大限度利用已有的成熟設計，也可對以往航天器任務中暴露出的缺陷做出改進，避免了造車要從發明車輪開始的情況。比如，NASA正在研發但尚未命名的2020火星車，就采用了與“好奇號”火星車同樣的架構，就連進入火星大氣直至著陸火星表面所用的天空升降機都是一樣的。只是科學家們在選取新的著陸點后，給它更換了新的有效載荷，其中包含一套新的采樣封裝系統，可以將火星表面采集的樣本封裝保存，留待后續火星采樣任務返回時將這些樣本帶回地球。

當然，除了對合理部分的繼承，還有對不合理部分的革新。在火星惡劣的氣候和地面條件下，“好奇號”部分車輪的表面被“折磨”得千瘡百孔，雖然暫時不影響其繼續執行任務，但仍是隱患。因此，在2020火星車上，研發人員重新設計了火星車的車輪，以期能在火星上更好更耐久地工作。