以色列太空公司SpaceIL的机器人着陆器在周四尝试在月球上软着陆时坠毁，标志着其任务的突然结束。这款名为Beresheet的着陆器本将成为首个成功控制降落月球表面的私人航天器。
“很遗憾，我们未能成功着陆，”以色列航空航天工业公司太空部门负责人Opher Doron在着陆尝试的直播中表示。“我们是第七个进入月球轨道的国家，也是第四个到达月球表面的国家。到目前为止，这是一项巨大的成就。”
Beresheet的发动机在下降过程中似乎发生了故障，在距离地面约4英里时不明原因地关闭。地面上的任务团队设法重新启动了发动机，但与航天器失去了联系——这表明着陆器几乎肯定是以高速坠毁在月球上的。很有可能，它的残骸现在位于一个新形成的小型月球陨石坑中。
你可能会认为让一个小机器人成功着陆应该是一件轻而易举的事。毕竟，我们几乎在半个世纪前就将人类送上了月球。但即使拥有21世纪的技术和见解，月球着陆仍然是一项艰巨的挑战。SpaceIL的成功比人们想象的更值得称赞——反之，他们的失败也是完全可以理解的。
“月球着陆的基本要求是以零速度降落在平坦的表面上，”现任职于印第安纳州西拉法叶普渡大学的地球物理学家H. Jay Melosh说道。“这在月球上并不容易。”当你考虑到将航天器送上去所需的能量和速度时，就不难想象当迫使其减速至零速度时，有多少事情会出错。即使Beresheet的发动机没有断电，也无法保证它能够平稳着陆。
从地球上看，月球显得明亮而闪耀，但其表面实际上极其崎岖，布满了陨石坑、巨石和不稳定的地质特征。这些危险使得寻找一块平坦的地面进行着陆变得困难：在阿波罗11号任务中，尼尔·阿姆斯特朗在寻找新的着陆点时几乎耗尽了燃料，因为他觉得原来的着陆点陨石坑和巨石太多了。事实上，由于其表面特征，“月球比火星更难着陆，”Melosh说。“在月球上，并没有一个地方比其他地方更好。从统计学上来说，它们都一样。”
无人驾驶的航天器缺乏促使阿姆斯特朗即时改变航向的人类直觉。你只能寄希望于控制着陆器的自主系统足够智能，能够识别地表危险并降落在一个安全的地方。目前尚不清楚以色列着陆器是否拥有像中国的嫦娥系列月球着陆器那样的危险规避软件；基于任务的简陋程度，Melosh预测Beresheet并没有。
虽然月球较低的重力使得下降减速更容易，但降落在无大气层的天体上是困难的。当你在地球上降落飞机时，我们大气的压力场有助于对飞行器产生反作用力并减速。在真空中，这种压力场是不存在的。
但也许月球着陆最大的问题之一是知道你在哪里。我们仍然缺乏精确确定着陆器准备下降位置的技术。“月球上没有GPS，我们在这里（地球上）对此习以为常，”NASA兰利研究中心（位于弗吉尼亚州汉普顿）的航空航天工程师Alicia Cianciolo说。“我们无法确切知道自主飞行器在任何给定点的确切位置或速度。”NASA的深空网络有助于收集这些信息，但这些只是估算，并且由于遥远的距离存在延迟。在这个距离上，误差会不断累积。
Melosh说，当着陆器离开轨道进入下降机动时，它们是惯性导航的——“也就是说，它们试图根据作用在航天器上的加速度来感知自己的位置。” “但引力不会给你任何惯性加速度。加速度计对任何引力场的变化都完全没有反应。”安全着陆意味着你必须对月球引力场有非常好的了解——这是NASA的月球重力恢复与内部实验室（GRAIL）在本世纪初（Melosh也参与其中）进行的表征工作。
所有这些不确定性使得提高航天器的自主性变得更加重要，这实际上要求你能够想象并计划可能发生的每一种情况。“正是这种缺乏想象力导致我们未能对此进行规划和测试，”Cianciolo说。
她和NASA兰利的其他研究人员正在通过该机构的SPLICE（安全精确着陆集成能力演进）项目，致力于改进机载系统并减轻这些任务中可能出现的错误。目标是通过更好地集成所有机载传感器和增强数据处理能力，来提高自主航天器着陆的精度和安全性。这仍然是一个正在进行中的项目，但希望SPLICE能够很快将自主着陆器系统提升到一个新的高度，特别是在2024年重返月球的目标的筹备过程中。
虽然模拟有助于我们随着时间的推移改进这些系统，但最好的老师是现实世界的经验，无论结果是成功还是失败。SpaceIL的挫折不一定是一个毁灭性的损失。长远来看，每一次这样的任务都有助于更好地理解可能出错的地方，以及下次如何避免灾难。“我们出错的事情有时完全是由于我们缺乏想象力，而这仅仅是学习如何以其他方式减轻它们的问题，”Cianciolo说。
