2024年重要太空任務

閱讀時間約 9 分鐘

新的一年又將到來,過去一年不但印度在月球任務有重大突破,臺灣的獵風者衛星也順利升空運作,太空已不再是遙不可及的地方。2024年除了許多機構計畫已久的太陽系探索任務即將出發,人類或將睽違50多年再次飛越月球,以下就讓我們看看有哪些旅程即將成行吧!

月球熱潮持續

2023年的月球任務成敗幾家歡樂幾家愁,印度ISRO主導的月船三號成功在8月登陸月球,成為迄今最靠近月球南極的探測器,達成探測器登月的里程碑。但像是俄羅斯的月球25號、日本公司ispace的HAKUTO-R卻以登月失敗收場,NASA的月球商業酬載計畫(Commercial Lunar Payload Services, CLPS)中也有不少計畫延後前往月球的時程,導致要一同共乘升空的月球開拓者(Lunar Trailblazer)繞月衛星也將發射時間延後至2024年第一季。儘管前往月球之路有許多難題,但仍阻擋不了人們對它的挑戰。 

日本的首次登月成功

日本JAXA的SLIM(Smart Lander for Investigating Moon)月球登陸器計畫順利在2023年9月7日升空,預計在發射後4-6個月登陸月球表面。上頭搭載了分析月面組成的分光相機之外,還有兩台具備廣角鏡頭的小型機器人。兩台小型機器人不同於一般的漫遊車,而是利用自體旋轉或是彈跳的方式在月面移動,還能不透過SLIM本體就能與地球進行通訊。SLIM計畫希望藉此驗證影像辨識技術是否能應用在自動降落控制上,讓登陸準確度從過去數公里提升到目標100公尺範圍內;此外,機體也大幅輕量化、小型化,為未來更高頻率的太空探索做準備。 

SLIM登陸器的設計朝向小型、輕量化發展,登陸時採取後腳先著地、前腳再著地的方式,以利降落在過往登陸任務排除的斜面上。圖片來源:SLIM_JAXA。

SLIM登陸器的設計朝向小型、輕量化發展,登陸時採取後腳先著地、前腳再著地的方式,以利降落在過往登陸任務排除的斜面上。圖片來源:SLIM_JAXA。

SLIM不負眾望,在台灣時間1月19日23時30分左右成功登陸在月球表面上,讓日本躋身全球第五個有能力將探測器安全著陸在月球表面的國家。作為此次實驗重要的測試項目之一的自動控制降落精確度獲得官方極高的評價,估計具有10公尺以下的精確度,兩台小型機器人也在降落過程中成功釋放且運作正常。美中不足的是SLIM在降落過程中引擎排氣噴嘴因為不明原因脫落,導致其中一架主引擎失去動力,最後以倒栽蔥的方式降落在目標地點東方55公尺處;原本應該朝上的太陽能板也變成朝向西方,導致電池無法發電。任務團隊一開始只能先下載重要資料後關機保存電力,所幸近日宣布隨著太陽西下,太陽能電池終於開始發電,任務得以繼續進行。

透過小型機器人SORA-Q拍攝的SLIM照片可以看到登陸器呈現倒頭栽的樣子,神奇的是在電池充電後一切機能又正常運作

透過小型機器人SORA-Q拍攝的SLIM照片可以看到登陸器呈現倒頭栽的樣子,神奇的是在電池充電後一切機能又正常運作

臺灣也要登月

日本公司ispace在檢討登陸失敗原因之後,2024年第四季預計將要再次挑戰HAKUTO-R登月計畫。不過值得注意的是,這台登陸器上裝設的深太空輻射探測儀是由臺灣的中央大學團隊所研發,這也將是首次有臺灣參與的科學儀器到達地球2000公里外的深太空領域。

太空中的輻射來自於太陽與四面八方各式各樣的天體,但因為地球的大氣層擋住了大部分的輻射,保護了我們可以生活在這個地球上。不過,失去地球大氣層的保護意味著太空環境將對電子儀器和人體造成威脅。因此,深太空輻射探測儀便是希望了解地球與月球間太空輻射的多寡與變化,好讓未來的太空任務有基礎資料可以因應。

不過因為要上太空的東西都有嚴格的大小與重量限制,但臺灣團隊還是突破困難,讓探測儀的重量壓在400公克以下,並能耐受太空中極端的溫度變化。目前這項儀器已在2023年12月送至日本筑波組裝,希望未來能夠順利跟著HAKUTO-R一同登陸月球。

其他國家的努力

除了日本之外,美國NASA和中國國家航天局也計畫在2024年再次將月面登陸器送上月球,目標都是上世紀末發現有水冰存在的南極附近。NASA的揮發物調查極地探索漫遊車(Volatiles Investigating Polar Exploration Rover, VIPER)預計在下半年藉由SpaceX的獵鷹重型火箭升空,目標是月球南緯85度附近新命名的高地Mons Mouton,或將打破月船三號最靠近南極點的紀錄。VIPER希望藉由在100個地球日的任務期間蒐集月球土壤在不同陽光角度下的狀態,了解月球上的水冰從何而來。 

VIPER將用漫遊車協助科學家在月面分析不同陽光角度下土壤含水量等資訊。圖片來源:NASA。

VIPER將用漫遊車協助科學家在月面分析不同陽光角度下土壤含水量等資訊。圖片來源:NASA。

中國航天局則是計畫在5月進行嫦娥六號的登月計畫,目標是位於月球背面的艾托肯盆地內的阿波羅環形山地區(南緯43度)。艾托肯盆地是月球上最大且最深的撞擊坑,範圍從南緯16度涵蓋南極點,直徑約2500公里,除了水冰和許多稀有金屬礦物之外,盆地內可能含有月球內部較原始的成分。有了嫦娥四號借助鵲橋號通訊中繼衛星登陸月球背面的經驗後,這次嫦娥六號將要挑戰取得該地的樣本,並送回地球進行分析,有望解開艾托肯盆地的形成原因。

阿提米斯2號將首次有女性以專家的身分參與飛越月球的旅程。

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說了這麼多無人探測器計畫,由日本企業家前澤友作發起的「親愛的月球(dearMoon)」計畫也預計在SpaceX協力下與包含知名DJ史蒂夫·青木、韓星T.O.P.等10位藝術家進行為期11天的繞月旅程。該計畫原定在2023年底出發,但因太空載具開發時程延宕的關係,至截稿為止仍未確定發射時間。除了民間的繞月飛行,阿提米斯2號(Artemis 2)則計畫在11月載送4名太空人進行NASA在1972年阿波羅17號後首次載人繞月飛行。人類至今已經超過五十年沒有近距離觀察月球,究竟誰能成功就讓我們拭目以待。

行星探索計畫

不只是地球的月球吸引科學家的注意,這一年科學家還有兩項任務將要成行,分別前往火星與木星的衛星。火星的兩個衛星一直吸引科學家的好奇,究竟是被引力捕獲的小行星,抑或是過去撞擊產生的碎片?蘇聯在1988年也曾嘗試將探測器放到火衛一上,但都以失敗告終。這回由日本JAXA主導的火星衛星探測器(Martian Moons Exploration,MMX)是和美國NASA、歐洲ESA和法國國家太空研究中心等多國機構合作的計畫,目標是希望採取火衛一「福波斯」上的表土樣本。這項計畫是日本繼1998年希望號失敗之後第二次執行的火星探測任務,預計在2024年9月出發,除了環繞火衛一之外也將近距離飛越火衛二,預計2029年將火衛一的樣本帶回地球供科學家分析。

MMX探測器計畫採取火衛一上的土壤,解答兩顆火星衛星從何而來。圖片來源:JAXA。

MMX探測器計畫採取火衛一上的土壤,解答兩顆火星衛星從何而來。圖片來源:JAXA。

另一個行星衛星的探索計劃則是美國NASA開發的歐羅巴快艇號(Europa Clipper),預計在2024年10月前往木星的第二顆衛星歐羅巴。歐羅巴覆蓋著冰層的表面一直以來都被科學家認為下面有一個地下海洋,是最有可能孕育地球外生命的地點之一。歐羅巴快艇號預計在2030年抵達木星,原本計畫希望能夠環繞歐羅巴進行觀測,但因考量到木星磁層的影響而改為在環繞木星的過程中進行44次飛越,可望與2023年出發的JUICE衛星互相合作解答木星衛星們的冰下之謎。

除了G7國家之間有許多合作中的行星探索計畫即將成行,印度的ISRO也準備在2024年啟動該國的第二個火星任務──火星軌道衛星二號(MOM2),以及金星軌道衛星。雖然兩項任務都還未有確定時間表,但近年印度在太空領域迎頭趕上之姿亦值得太空迷期待。

前往雙子座流星雨的起源

日本JAXA在2024年不只是希望實現月球與火星探測,同時也將目標放向他們很有經驗的小行星,而目標就是鼎鼎大名的「法厄同」小行星(3200 Phaethon)。法厄同是一顆近日點在水星軌道內側,遠日點在火星軌道外側的近地小行星,同時也是年度三大流星雨之一──雙子座流星雨的來源,被認為是一顆從彗星過渡而來的小行星。

DESTINY+計畫是由日本JAXA與宇宙科學研究所(ISAS)共同研究的深太空探查技術實驗,抵達繞地軌道後預計將使用探測器上頭的電離推進器緩緩加速、提升軌道高度,利用月球的重力助推脫離地球引力掌控,耗費四年多的時間飛越法厄同並觀察表面及周圍的塵埃粒子。使用的火箭則是重量僅為日本目前廣泛使用的H-IIA型火箭三分之一的艾普斯龍運載火箭(Epsilon Launch Vehicle),探測器本體也盡量小型、輕量化,將有助於電離推進、高速飛越探測和低成本探索深太空的技術發展。

DESTINY+將以超過秒速30公里的速度飛越法厄同,藉此測試電離推進器與相機高速追蹤拍攝的能力,有助於拓展未來小行星探測的技術。圖片來源:JAXA。

DESTINY+將以超過秒速30公里的速度飛越法厄同,藉此測試電離推進器與相機高速追蹤拍攝的能力,有助於拓展未來小行星探測的技術。圖片來源:JAXA。

此外,有鑑於近地小行星對地球造成的威脅,2022年美國研究單位成功執行DART實驗,利用探測器撞擊65803號小行星的衛星,測試是否能改變其軌道。而該計畫與歐洲ESA合作的Hera探測器則預計在2024年10月出發,在2026年抵達並近距離觀察DART撞擊後的小行星周邊環境改變的狀況。

本文原刊於《台北星空》117期
更新:2024.2.2.
本文更新後同步於時光土場Blogger刊出

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隨著日本進入令和時代,日本國鐵分拆民營化已超過三十年的歲月。這段期間不少國鐵時代的路線與車輛一一退場,成為我這個平成人類未曾參與到的旅行經驗。透過一次又一次的日本旅行,我希望能在旅途中回味那些逝去的鐵道元素,抓住過去的鐵道風景。
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