韓國首次月球探測任務(wù)分析

張揚眉 （北京空間科技信息研究所）

2022年12月28日，韓國首個月球探測器——“達努里”（Danuri）在成功抵達月球之后，拍攝了令人驚嘆的“地出”（Earthrise）照片，顯示出月球的坑洼表面以及位于遠處的地球。自此，韓國成為全球第七個成功實施月球探測任務(wù)的國家或地區(qū)，也是第四個成功實施月球任務(wù)的亞洲國家。

1 任務(wù)背景

2014年7月，韓國航空航天研究所（KARI）與美國國家航空航天局（NASA）聯(lián)合開展了有關(guān)月球軌道器任務(wù)的可行性研究。2016年12月，韓美雙方簽署合作協(xié)議，將由NASA 為韓國的月球軌道器任務(wù)提供一臺科學有效載荷，并支持任務(wù)的方案設(shè)計、通信和導航。

“韓國月球探測計劃”（KLEP）分為兩個階段，第一階段發(fā)射和運行“韓國探路者月球軌道器”（KPLO），旨在提升韓國空間探測技術(shù)能力，并在軌繪制月球自然資源分布圖；第二階段采用韓國世界號（Nuri）國產(chǎn)運載火箭從羅老航天中心發(fā)射一個月球軌道器、一個月球著陸器以及一輛20kg 的月球車。2022年11月，韓國總統(tǒng)尹錫悅公布《未來航天經(jīng)濟路線圖》，指出韓國將在5年內(nèi)開發(fā)用于月球任務(wù)的運載火箭發(fā)動機，并于2032年將探測器發(fā)射到月球表面，進行月球礦產(chǎn)資源利用，之后在2045年實現(xiàn)無人火星著陸。

2022年初，韓國為其月球探測器任務(wù)在全國范圍內(nèi)征集到共62719 個候選命名，該數(shù)值是之前2018年韓國首枚國產(chǎn)試驗火箭——世界號命名活動征集數(shù)量的6 倍多。2022年5月23日，韓國科學、信息與通信技術(shù)部（Ministry of Science and ICT）將該任務(wù)正式命名為“達努里”，該命名在韓語中意為“月亮”（dal）和“喜悅”（nurida），表達了韓國對其首次探月任務(wù)取得成功的一種期盼：“成功發(fā)射探測器，并享受月球給韓國帶來的喜悅”。

2 任務(wù)基本情況

任務(wù)目標

任務(wù)的工程目標為驗證韓國月球探測關(guān)鍵技術(shù)，演示驗證“空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”。科學目標為探測月球環(huán)境，繪制月球地形圖，支持韓國未來的月球著陸任務(wù)選擇著陸地點，開展月球資源調(diào)查，探測月球輻射環(huán)境和表面環(huán)境等。此外，探測器獲取的科學探測數(shù)據(jù)也將支持NASA 未來“阿爾忒彌斯”（Artemis）任務(wù)。

系統(tǒng)組成和有效載荷

探測器的性能和參數(shù)如表1 所示。探測器共攜帶6 臺科學儀器，其中5 臺由韓國制造，1 臺由美國NASA 提供，有效載荷功能和參數(shù)如表2 所示。

表1 探測器性能和參數(shù)

表2 “達努里”攜帶的有效載荷

本次任務(wù)將在地面段、軌道器之間，驗證延遲容忍網(wǎng)絡(luò)（DTN），并將進一步把網(wǎng)絡(luò)拓展至韓國下一次月球任務(wù)的著陸器和月球車上，將移動/衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)標準應(yīng)用于月球網(wǎng)絡(luò)，進行相關(guān)技術(shù)的演示驗證。

“達努里”月球探測器構(gòu)型圖

任務(wù)過程

探測器于2022年8月5日從卡納維拉爾角搭乘獵鷹-9 運載火箭發(fā)射，首先進入300km 的地球停泊軌道。隨后，運載火箭第二級再次點火，將探測器送入彈道月球轉(zhuǎn)移（BLT）軌道。2022年12月15日，探測器進行月球軌道插入，之后通過多次機動進入100km 的月球極軌道，開始執(zhí)行為期一年的科學

韓國與NASA 項目合作情況示意圖

探測任務(wù)。如果探測器后續(xù)執(zhí)行擴展任務(wù)，將下降到70km 甚至更低的軌道運行。

項目合作情況

“韓國探路者月球軌道器”項目由韓國和美國NASA 合作，除為探測器提供陰影相機外，2021年3月，NASA 篩選了來自馬歇爾航天飛行中心（Marshall Space Flight Center）、加州大學圣克魯斯分校（University of California，Santa Cruz）、約翰·霍普金斯大學應(yīng)用物理實驗室（Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory）、加州大學洛杉磯分校（University of California，Los Angeles）、空間科學研究所（Space Science Institute）等大學和研究機構(gòu)的9 位科學家加入該項目，協(xié)助加強任務(wù)的科學產(chǎn)出。此外，NASA 還在任務(wù)設(shè)計、深空通信、導航技術(shù)等方面為韓國提供了技術(shù)支持，并將利用探測器與韓國聯(lián)合測試“空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”。

3 任務(wù)特點分析

考慮政治意圖的同時，也期望實現(xiàn)經(jīng)濟價值

截至目前，全球共實施120 余次月球探測任務(wù)，成功（含部分成功）實施無人探月的國家和地區(qū)只有美國、蘇聯(lián)/俄羅斯、歐洲、中國、日本和印度，以色列成功發(fā)射了月球探測器并實現(xiàn)月球環(huán)繞，但最終任務(wù)著陸失敗。韓國實施其首次月球探測任務(wù)，帶有一定的政治考量，期盼借助此次探月任務(wù)實現(xiàn)其空間探測領(lǐng)域零的突破，從此躋身世界空間探測舞臺，助推提升其航天國家地位、國際影響力。

除政治意圖外，韓國也期望本次任務(wù)為其帶來可觀的經(jīng)濟效益，為今后利用水、氦-3、鈾和稀土元素等月球資源奠定技術(shù)基礎(chǔ)。韓國航空航天研究所指出，“72%的韓國人表示對月球活動感興趣并持支持態(tài)度。據(jù)估計，月球探測將為韓國創(chuàng)造約3.8 萬億韓元（約合28.32 億美元）的經(jīng)濟價值，這將是韓國所投入相應(yīng)資源價值的5 倍。”

與美國合作緊密，意欲加強盟友關(guān)系

作為美國在東亞的盟友及其主要非北約盟友之一，多年來，韓國與美國在軍事、經(jīng)濟、文化各個方面都合作緊密。2021年，韓國與美國簽署《阿爾忒彌斯協(xié)定》，成為加入該協(xié)定的第十個國家，意在加強與美國的合作，繼續(xù)構(gòu)建“小圈子”。目前該協(xié)定已有22 個國家加入，成員國均為美國盟友或“伙伴”。韓國的此次探月任務(wù)，在任務(wù)設(shè)計、儀器研制、技術(shù)支持、發(fā)射服務(wù)、深空通信和導航等多個層面與美國深度合作，并將支持美國主導的“阿爾忒彌斯”計劃。隨著新任韓國總統(tǒng)尹錫悅的上任，韓國也首次直接提及將加入由美國總統(tǒng)拜登于2021年10月提出、2022年5月正式啟動的“印太經(jīng)濟框架”（IPEF）的可能性，凸顯出韓國在未來對于進一步深化韓美合作戰(zhàn)略的積極態(tài)度。

以發(fā)展本土制造能力為核心，推動深空探測能力提升

多年來，韓國一直將塑造本土航天制造能力為核心，大力推動相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。2022年6月，韓國全程自主研發(fā)的國產(chǎn)運載火箭——世界號成功發(fā)射。除運載領(lǐng)域外，韓國也在包括空間探測、遙感等領(lǐng)域大力發(fā)展國產(chǎn)技術(shù)，此次的月球探測器上配備的30N 推進器就實現(xiàn)了國產(chǎn)化。此外，韓國航空航天研究所采用輕量化設(shè)計，在此次任務(wù)中實現(xiàn)了包括星載計算機、電源控制器、電源分配器、數(shù)據(jù)處理器等的減重，從80kg 降低到50kg 左右，并開發(fā)了一種用于與月球通信的大型天線系統(tǒng)（35m），包括深空通信高功率轉(zhuǎn)發(fā)器、高增益天線、低噪音接收器等。根據(jù)“韓國月球探測計劃”，該計劃的第二階段任務(wù)將采用韓國自主研發(fā)的運載火箭發(fā)射，并由韓國自主研發(fā)著陸器、月球車和核電源等組件，以及完成深空互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議設(shè)計等。