9月7日，日本H-2A火箭在种子岛宇宙中心成功发射了两个深空探测任务航天器。其中，X射线成像和光谱任务（XRISM）探测器将尝试揭开宇宙形成、演变的神秘面纱，而月球探测智能着陆器（SLIM）则准备验证软着陆月面新技术。那么这两个航天器各自有何“绝技”？日本深空探测事业已收获不俗成果，又计划在哪些方面继续发力呢？

满足更大宇宙好奇心

XRISM探测器被称作天文卫星或空间望远镜，是美日合作开展的深空探测任务，也被认为是2016年失败的“瞳”任务的后继者。

日本XRISM探测器想象图

尽管X射线天文学是一门相对新兴的学科，发展历史仅有60年左右，但已为科学家提供了一个观察宇宙的新视角。比如，XRISM探测器能够像棱镜分离可见光一样，分离X射线的波长。这样一来，科研人员通过观察来自宇宙深空的高温等离子体，有助于解开宇宙形成与演变的谜团。

为此，XRISM探测器配备了“精兵强将”。它的质量达2.3吨，长8米，包含太阳能板在内，宽约9米，配备了宽视场X射线成像仪和低温高分辨率X射线光谱仪。前者可以让科学家观测到类似整个满月范围内的天域。后者能够将一个轻型X射线镜像组件与一个X射线量热计进行配对分析，简单地说，可以帮X射线“染色”，显著提升观测效果。

不难发现，X射线量热计属于XRISM探测器的独特之处。这种技术是美国宇航局在20世纪80年代开发的，可以“捕获”1/100万摄氏度的细微变化，进而探测电磁辐射。由于单个X射线光子的能量与波长密切相关，科研人员就有望获知X射线的“颜色”了。2016年2月，日本发射了搭载类似X射线量热计的天文卫星——“瞳”，不料其姿态控制系统出现错误，导致该卫星失控旋转而解体。

作为“接班人”，XRISM探测器配备了更先进的低温高分辨率X射线光谱仪。传统的X射线空间望远镜能够用来描绘X射线的颜色不超过100种。按设计，XRISM探测器能使用超过1000种颜色，开展精细研究。

毫无疑问，这种高分辨率表明，X射线天文仪器的性能取得了新突破，有望帮助科学家凭借探测到高温等离子体中的稀有元素，以空前的精度测量由等离子体运动和引力场引起的多普勒位移。此外，XRISM探测器将帮助科学家直接观察到宇宙中最大的天体——星系团的生长过程。

基于搭载的先进设备，日本航天机构给XRISM探测器设置了4个探索主题。

其一，宇宙结构的形成和星系团的演化。每个星系团中90%的物质是高达数千万摄氏度的热气体，科学家们通过观测这类高温气体，有助于理解宇宙结构是如何演化的。

其二，宇宙物质循环。无论是形成新恒星时的星际气体，还是超新星爆发过程中从大质量恒星抛射出来的富集气体，这些物质都会在宇宙中循环。通过研究这些高温气体的运动状态，科学家可以深入探讨物质是如何在星际空间中传播的。

其三，宇宙能量传输与循环。物质和能量通过能量现象（比如超新星爆炸、活动星系核）传输到星际和星系间空间中，X射线光谱可以帮助科研人员更好地研究这个过程。

其四，鉴于无法在实验室中创造出宇宙中常见的强引力和特殊磁场，XRISM探测器有助于科研人员更好地理解物质在这些极端条件下的活动特征，甚至有望获取开创科学纪录的新成就。

探索着陆月球新设计

相比多国的传统模式月球着陆器，这次日本发射的SLIM算是别具一格，设计和任务颇有特色。

该着陆器的尺寸是2.4米×1.7米×2.7米，干质量约200公斤，发射质量约700公斤，体积和质量并不出众。

日本月球探测智能着陆器示意图

由于SLIM没携带太多燃料，无法采用“一步到位”的奔月飞行模式，只能先进入近地点高度约250公里、远地点高度约1.9万公里的地球轨道，不断绕着地球“蓄力”。之后，SLIM在接近月球时利用引力弹弓效应，借助月球引力，改变轨道高度，再借助太阳引力，进入环月轨道，这个过程大概要持续3～4个月。在环月飞行大概1个月后，SLIM按计划准备着陆月面，时间暂定为明年1月或2月。

SLIM的主要任务有两个，其一是验证高精度着陆月面技术。传统上，月球着陆器的着陆区域跨度往往达到数公里甚至上百公里。这次日本航天机构直接将落月精度目标设定在100米的范围内，因此SLIM有可能成为航天史上着陆精度最高的探月器。

SLIM着陆后，将启动多波段光谱相机，分析月球地幔岩石，希望解开月球的起源之谜。而要想实现这个目标，在陨石坑内的高精度着陆是必不可少的前提条件。

其二是检验外星球着陆器轻量化、小型化设计的可行性。相比落月“前辈们”，SLIM的整体设计实现了进一步集成化。科研人员尝试将其推进剂贮箱作为主结构承力体，主要仪器普遍“附带”搭载，设计思路更像运载火箭。仪器做到了更加小型化、节能化，以减少组件数量的方式，降低了占用空间。

除了着陆器外，SLIM还搭载了一个小玩意——SORA-Q探月机器人。这个机器人只有人类手掌大小，直径约8厘米，重约250克，整体呈球形，上面配备了索尼研发的微型摄像头，其拍摄和采集数据将通过SLIM中继反馈到地面控制中心。SLIM落月下降过程中会直接抛射这个机器人，它的材料、结构等设计也将经受考验。

可以说，在挑战着陆月球连续失败后，日本科研人员“屡败屡战”，希望成为第五个掌握软着陆月面技术的国家，还在努力探索探月新思路、新设计。

展望更遥远深空之旅

日本各界对于深空探测兴趣浓厚。一方面，日本各大研究机构和大学积极参与国际合作，争取联合研发探测器或不同用途的科学载荷，拓宽科研和应用思路，尽量获取更多参与深空探测项目的机会。另一方面，近年来，日本民间企业陆续参与到深空探测计划之中，包括研制小型探测器，提供通信、能源、材料、人工智能等支持，希望为诸多深空探测计划添加“附属项目”，获取经济回报。

根据公开规划，未来日本深空探测主要涉及3个方向，分别是月球、小行星及火星。

在“白兔-R”落月任务失败后，日本ispace公司仍规划在2024年和2025年分别尝试探测器软着陆月面。日本戴蒙公司正在研制YAOKI微型轮式月球车，计划在今年下半年参与美国宇航局的“商业月球表面运输服务”任务，搭载在Nova-C月球着陆器上，开展月面行驶、探测。“月亮女神-2”探月项目也在加紧筹备中，由日本负责月球着陆器和推进舱，美国负责火箭发射和月球车。

借助“隼鸟”系列任务，日本在小行星探测、采样返回、样品研究领域成果丰硕，又将目光投向更远方。2024年，日本有望实施“命运+”任务，探测器将尝试近距离研究双子座流星雨的母星体——3200号“最蓝小行星”法厄同，通过分析尘埃物质，揭秘小行星的起源与演化。天文爱好者浪漫地比喻，这次任务是“溯源神秘之蓝”。

同样是2024年，日本牵头的火星卫星探索任务有望实施。探测器将环绕探测火卫一和火卫二，尝试登陆火卫一，采样返回。

日本火星卫星探测器有望在明年发射

在更远期的规划中，日本官方机构和高校正在合作开发太赫兹探测器，计划利用太赫兹波观测火星大气，但发射日期未定。此外，日本MELOS火星探测器包含轨道器、着陆器、巡视器，还可能配备火星无人机，计划在未来数年内发射。

不难看出，尽管日本航天面临火箭换代延迟、大系统工程能力依赖外援等不利情况，但在深空探测领域仍积极投入，目标明确，不乏一些新颖设计和任务亮点，在某些细分领域拥有不俗的实力，有望在持续探索中赢得别样的收获。（作者：林胤之 图片来源：日本宇宙航空研究开发机构 把关专家：中国航天科技集团科技委副主任 江帆）

来源: 中国航天报

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