俄羅斯月球－25探測器失利影響分析

肖武平侯廣廈張揚眉王帥

（1 北京空間科技信息研究所 2 中國空間技術研究院）

2023年8月11日，俄羅斯利用聯盟－2.1b（Soyuz－2.1b）火箭將月球－25（Luna－25）探測器發射入軌，8月19日，月球－25探測器在進行軌道機動時發生異常，墜毀在月球表面。俄羅斯初步分析表明，事故由軌道機動超過預定時長導致。本文介紹此次任務基本情況并開展初步分析。

1 任務背景

“月球”（Luna）系列任務是蘇聯在20世紀50～70年代太空競賽背景下進行的一系列無人月球探測任務，取得了全球首次繞月飛行、硬著陸、軟著陸、采樣返回等一系列舉世矚目的成就。除月球－25外，最近一次“月球”系列任務是1976年發射的月球－24，該任務成功完成了蘇聯第3次月球采樣返回，此后47年內，蘇聯/俄羅斯未發射過月球探測器。

2006年，俄羅斯與印度政府間確定開展月球探測任務合作，規劃了“月球-全球”（Luna-Glob）、“月球-資源”（Luna-Resurs）兩次任務，其中“月球-全球”完全由俄羅斯實施，“月球-資源”由俄印合作實施。受到2011年“福布斯-土壤”（Fobos-Grunt）火星探測任務失敗影響，采用相似技術的“月球-全球”任務進度大幅推遲，俄印月球探測合作停止，各自獨立開展探測活動。

俄羅斯保留了“月球-全球”任務中的著陸器，并將任務更名為月球－25，延續蘇聯時期的命名方式。“月球-資源”任務中的軌道器和著陸器也被拆分為兩次任務，分別被命名為月球－26和月球－27。月球－26軌道器旨在探測月球資源和月球軌道環境，支撐后續任務實施。月球－27著陸器計劃著陸于月球南極-艾特肯盆地附近，探測月球永久陰影區域資源。

2 任務基本情況

任務目標

月球－25任務的科學目標包括：①調查和分析月球上水冰資源含量和分布情況；②調查月球極區外逸層的等離子體和塵埃成分。

月球－25任務的工程目標包括：①確保探測器按預定路線飛往月球；②在月球南極附近選定區域軟著陸；③驗證航天器在月面穩定工作以及月夜生存技術，保障儀器設備在月面運行一年；④利用遠程和原位探測方法，對月面風化層、外逸層進行探測。

根據上述科學目標和工程目標，月球－25選擇在月球南極附近著陸，具體地點為博古斯拉夫斯基環形山北部地區，坐標為南緯69.545°、東經43.544°。備選著陸點坐標為南緯68.773°、東經21.21°，位于曼奇尼環形山西南。月球－25原計劃在月球表面運行1年。

系統組成

月球－25探測器總質量約為1605kg，干質量約為800kg，設計壽命1年。探測器分為上下兩部分，上半部分是科學有效載荷艙，下半部分為基座。科學有效載荷艙側面安裝了月球機械臂（LRA），用于采集月球樣本，機械臂長1.6m，總質量5.5kg，功率30W，最大功率50W，有方位角、肩部、肘部和腕部/挖掘鏟等四個自由度。基座底部安裝了“全景和局部成像系統”（STS-L），質量為4.6kg，能夠在制動、下降和著陸過程中以及著陸后進行局部和全景成像。歐洲航天局（ESA）原計劃在月球－25上搭載領航員-D（Pilot-D）導航相機，專門用于精確著陸，受俄烏沖突影響，ESA取消了合作。

月球－25系統組成示意圖

有效載荷

月球－25攜帶了6種科學有效載荷和2種技術試驗載荷，總質量約30kg。

月球－25搭載有效載荷情況

3 任務實施過程

計劃飛行方案

根據最初計劃，月球－25任務于8月11日由聯盟－2.1b火箭從東方航天發射場發射升空，隨后“弗雷蓋特”（Fregat）上面級進行兩次點火，將探測器送入地月轉移軌道，約1h后探測器與上面級分離。月球－25探測器在地月轉移飛行過程中，分別于8月12日和8月14日進行了兩次軌道校正機動。

月船－25進入月球引力影響范圍后，于8月16日進行月球軌道注入機動，進入高度100km的環月軌道。探測器在環月軌道上停留約3天，于8月19日機動進入18km×100km的“預著陸軌道”，于8月21日在月球南極附近受控著陸。

月球－25著陸軌道示意圖

事故發生情況

月球－25前期任務順利實施，于8月11日成功發射，8月16日進入月球環繞軌道，但在8月19日實施變軌機動過程中發生異常，最終墜毀在月球表面。

此次變軌前，月球－25處于91km×112km的軌道上，軌道傾角為82.087°。北京時間8月19日19:10，月球－25探測器開始進行軌道機動，計劃進入18km×100km的“預著陸軌道”。但根據俄羅斯航天國家集團（ROSCOSMOS）的聲明，此次變軌出現異常，探測器未按照設定的參數進行軌道機動。8月19日19:57前后，月球－25與地面失去聯系，地面多次嘗試與月球－25重新建立聯系，均未成功。

俄羅斯初步分析顯示，月球－25軌道機動的實際參數與設定參數存在偏差，原計劃點火84s，實際點火127s，最終導致探測器墜毀在月球表面。俄羅斯成立了專門的跨部門調查小組，調查月球－25故障的原因及相關問題。俄羅斯科學院院士、RD-180火箭發動機設計師稱，月球－25發生緊急情況可能是以下兩種情景：一是程序故障，即變軌指令的錯誤；二是制動發動機出現技術故障。

4 事故影響與分析

俄印月球南極著陸競爭暫告一段落

由于俄羅斯與印度均計劃在8月份著陸月球南極，外界將此認為是兩國之間的月球南極著陸競爭。其中，印度探測器發射更早，計劃在8月23日著陸；俄羅斯探測器發射較晚，但計劃在8月21日著陸。在月球－25墜毀月球表面之后，月船－3仍然正常按照計劃飛行。8月23日，印度月船－3成功著陸月球表面，印度成為繼蘇聯、美國、中國之后第四個在月球著陸的國家，并且實現首次月球南極附近著陸。

俄羅斯航天及科技發展再受重創

蘇聯在無人月球探測方面曾經取得了令世人矚目的成就，并一度領先于美國，實現了月球軟著陸、月壤采樣返回等多項“首次”，但繼承了蘇聯航天工業體系的俄羅斯在航天方面發展緩慢。俄羅斯期望通過月球探測的實施提升和展示本國空間技術實力，重振俄羅斯的深空探測能力，新任務延續“月球”系列的編號，也表達了其期望延續“月球”系列輝煌成績的愿景。月球－25的失敗無疑將嚴重影響俄羅斯重振自身航天實力的愿景。此外，此次失敗還將影響其后續探月任務以及國際合作。

俄羅斯在月球－25之后還規劃了3次月球探測任務，其中月球－26為專門設計在極地軌道運行的月球軌道飛行器；月球－27包括一個增強型著陸平臺，配備一個鉆機結構，可以從大約1m的深度提取土壤樣品；月球－28則計劃從月球極地取回樣品。預計這3項任務將受到失敗的影響推遲發射時間，并且他國對俄羅斯航天能力的信心也將受到影響，這些將可能進一步影響到“國際月球科研站”的發展。

在俄烏沖突的特殊時期，成功實施月球－25任務還具有展示國家科技工業正常運轉、宣示國家綜合實力的重要作用。因此，除了航天方面的影響，任務失敗對于俄羅斯科技工業以及國家實力方面也將造成沉重的打擊。

俄羅斯初步考慮故障原因為低層次問題

從目前發布的信息看，導致月球－25墜毀月球的直接原因是機動未能按照設定參數執行。而執行機動改變軌道并不屬于當前一項困難的技術，特別是俄羅斯在載人航天交會對接方面具有很強的技術能力。發生這樣的事故顯然不是技術不成熟造成的，大概率是低層次的質量管理問題。無論是控制指令錯誤或者發動機出現故障，都說明其質量控制存在很大的問題，同時風險分析和設計冗余不足，未能做足充分的測試。

5 結語

深空探測任務仍是當前最前沿的航天任務之一，具有很高的風險。盡管近年來隨著技術的成熟和航天能力的提升，各國深空探測任務的成功率相對20世紀有了明顯提升，但這些都建立在良好的航天技術基礎和嚴格的質量要求之上。月球－25任務的失敗再次表明了深空探測任務的高風險性，更反映出高可靠性的重要意義。