在2018年,NASA提出了商业月球载荷服务的计划,及CLPS计划。该计划旨在将月球着陆任务商业化,由民营企业提供将NASA的科学载荷送到月球表面的服务,以降低无人月球着陆任务的成本,更好服务NASA的Artemis载人登月计划。如今7年过去,CLPS服务下已经有多个任务前往月球,现在也可以对其进行一个阶段性的总结。
首先还是总结一下目前的各次任务。CLPS框架下第一次任务是Astrobotic公司的Peregine-1着陆器,其搭载了5件NASA载荷,于2024年1月8日搭乘火神运载火箭发射升空并进入地月转移轨道,计划着陆于月球正面的Viscositatis湾。但是发射后仅仅几小时,Peregrine-1发生严重的燃料泄露问题,后续具体的研究发现,在推进系统首次增压过程中,高压氦气储罐与氧化剂储箱之间的阀门未能正常关闭,使得储箱被持续增压直至发生破裂。发生如此严重泄露后,Peregrine-1的推进系统无法完成任何主要的变轨操作,并且氧化剂泄露还改变了Peregrine-1的轨道。最终,在1月19日,Peregrine-1在大椭圆轨道上绕行地球一圈后再入大气层。

发射前的Peregrine-1着陆器

Peregrine-1从未真正靠近过月球
第二次任务是Intuitive Machines公司的Nova-C IM-1着陆器,该着陆器同样携带了5件载荷,计划着陆于月球南极Malapert A环形山附近。该着陆器于2024年2月15日搭乘猎鹰九号运载火箭发射升空,进入地月转移轨道。该探测器在前往月球的过程中就问题不断,在与火箭分离后不久,由于星敏感器问题,着陆器陷入了缓慢的自旋,所幸地面团队在电量耗尽前上传了修正指令。在飞向月球过程中,由于地面站频率问题,导致对IM-1的测轨精度极差,在LOI过程中,由于探测器指向存在误差,IM-1进入了一条离月面最近只有800m的轨道,差点在月面上撞毁。最后,在进行登月前几小时,IM-1的地面团队发现激光高度计本应在发射前取下的保护盖并未取下,造成激光高度计无法使用,IM-1被迫尝试使用搭载的NASA的激光雷达载荷NDL提供高度数据,但仓促的时间使得上传的软件存在数据串流问题。最后,IM-1在失去高度计数据的情况下尝试着陆,着陆时严重超速,使得着陆腿折断,着陆器横倒在月球上。虽然着陆器得以幸存,但是在这一横倒的构型下,着陆器的天线与月面地形之间发生了严重的多径效应,使得信号强度大大降低,数传速率极慢,并且多台载荷在横倒的状态下也无法部署。最终,IM-1在月球表面存活了7天。

发射前的IM-1着陆器

IM-1最终躺倒在月面上
第三次任务是Firefly公司的Blue Ghost Mission 1(BGM-1)任务,也是目前唯一圆满成功的一次任务。这一着陆器携带了10台NASA载荷,计划着陆于月球正面危海(Mare Crisium)。2025年1月15日,该着陆器搭乘猎鹰九号发射升空,进入绕地球运行的大椭圆轨道,之后,BGM-1逐渐提高自身轨道直至地月转移,之后在2月15日进入绕月轨道。3月2日,BGM-1开始动力下降,并顺利着陆于危海的预定着陆区,着陆精度达到了约50米。之后,BGM-1开始部署各台NASA载荷,截至目前,绝大多数载荷已经完成了基线探测任务,预计BGM-1将在月球工作一个月昼,即大约17个地球日。

发射前的BGM-1着陆器

BGM-1终于成为CLPS第一个成功着陆的
第四次任务是Intuitive Machines公司的Nova-C IM-2着陆器,来自这一公司的第二次任务。其主要载荷是来自NASA的钻机与质谱仪套件PRIME-1,此外还搭载了一个小型月球车MAPP以及Intuitive Machines微型着陆器Micro-Nova。该着陆器计划着陆于月球南极Mouton山。2025年2月27日,猎鹰九号将IM-2送入地月转移轨道。与IM-1时不同,IM-2在奔月过程中没有再发生问题。但是在着陆前,IM-2地面团队发现激光高度计的信噪比极差,数据几乎不可用。之后的故事与IM-1非常类似,着陆器再次在没有高度数据的情况下进行着陆,着陆器偏离预定落点,并横倒在月面上。这一次,虽然天线未再发生多径效应,信号强度较高,但着陆器落入了一个小的陨石坑中,并且太阳翼没有指向太阳。落月约14小时后,IM-2着陆器耗尽电量而关机,其搭载的所有载荷未能部署。

发射前的IM-2着陆器

IM-2也躺倒在了月球上
在以上任务之外,目前CLPS项目中签署合同的还有Intuitive Machines公司的IM-3、IM-4任务,Firefly公司的BGM-2、BGM-3任务,Draper/ispace公司联合的APEX-1任务,与Astrobotic任务的Griffin-1任务。其中,原计划搭载Griffin-1的VIPER月球车由于延误与超支的问题,已经被取消,Griffin-1将转为技术试验任务,不再搭载NASA载荷。此外,由于公司倒闭等原因,OrbitBeyond公司的Z-01与Masten Space公司的XL-01两次任务已经被取消。
总结来说,CLPS计划到现在,4次任务中仅圆满成功1次,成功率可以说是相当低。如果考虑到这些任务在发射之前都经历了数年的推迟,再考虑到被取消的两项任务,以及因为拖延而取消的VIPER月球车,CLPS整个计划也很难称得上成功。我个人会把目前已经签署的CLPS任务氛围两个阶段,一阶段包括Peregrine-1、IM-1、IM-2与Griffin-1四次任务,二阶段包括余下的任务。其中,一阶段的任务目标非常明确,即首先通过Peregrine-1与IM-1实现Astrobotic与Intuitive Machines两家公司着陆月球的能力,随后通过IM-2运送PRIME-1钻机套件,在月球表面进行仪器测试与初步探测,最后,通过Griffin-1运输VIPER月球车到达月球南极,该月球车搭载了PRIME-1的同款钻机与探测仪器,将在月球南极绘制水冰分布地图,从而帮助Artemis-3以及之后的月球南极载人登陆任务进行着陆点选择,并指导进一步的科学探测。但从结果来看,一阶段的结果是彻彻底底的失败。首先,两家商业公司的着陆器原计划在2021年发射升空,但经过多次拖延,最终都到2024年才发射,这也连累了VIPER月球车,使其跟着延期。这之后,Peregrine-1在发射几小时后就宣告任务失败,甚至没能坚持到月球着陆环节,使得整套与月球着陆相关的动力、飞控、传感器没有得到任何试验与验证。这极大地增加了后续Griffin-1的风险性,并且Peregrine-1的事故调查使得VIPER被进一步推迟,最终触及项目经费上限被直接取消。另一边,Intuitive Machines公司的情况并没有好到哪里去,虽然该公司的两个着陆器都在着陆月面后存活,但都是躺倒着的。特别是在VIPER被取消后,NASA原本希望通过IM-2更多收集PRIME-1钻机系统的工程与科学数据,并利用Micro-Nova对永夜区进行就位探测,但这一希望同样破灭。

VIPER月球车实际已经建造完成,却因为触及经费上限而被取消
当然,BGM-1的成功倒是为CLPS二阶段开了一个好头。与CLPS一阶段不同,二阶段的任务与Artemis计划没有很大的联系,并且🧍各个任务之间也没有很强的关联。二阶段主要着眼于月球上一些独特的位置,并分别派出着陆器进行低成本的探测。例如,IM-3将探测月球正面的Reiner Gamma区域,这一区域有独特的漩涡结构,并且位于磁异常区;BGM-3将探测Gruithuien穹顶,这一区域含有独特的富含硅酸盐的熔岩,可能代表月球极晚期的岩浆活动。我认为,二阶段的CLPS任务才能够真正实现一开始预期的低成本、分散风险的预期,即使这些任务不能都成功,其中至少也有一些能够完成探测任务并传回高价值的数据。

目前已发射和仍在计划中的CLPS任务着陆点
当然,我个人依然很不看好CLPS整体的组织架构。之前我认为,CLPS应该仿照ISS上非常成功的商业货运与载人任务的组织模式,即选取2-3家企业中标,每家企业签署多份着陆器合同,或至少意向合同。由于探测器前期开发成本较高,获得多个合同的企业可以有较为充足的资金进行开发;即使每家企业在早期的一两次任务中无法成功,这些企业中至少也会有1-2家最终实现稳定的、高成功率的月球着陆任务,就像发生在SpaceX公司身上的那样。但CLPS实际的顶层架构是:选取了十多家企业入围,每次任务单独进行竞标。我认为这样的架构显然弊大于利:每次任务由于多家竞标,实际的合同价格较低,并且各家企业在早期都只获得了1份合同,这使得各企业很难有足够的资源进行设计与测试。实际上,目前12个CLPS任务被分给了5家公司,获得合同最多的Intuitive Machines也仅仅有4次任务。而在这样的氛围下,有两家公司在获得合同后又退出,Masten Space甚至直接破产了,这无论如何也不是什么好现象。并且可能是由于提供的报价较低,绝大多数CLPS合同被颁发给了没有航天总体经验,甚至完全没有航天经验的初创公司;而在之后的项目管理中,NASA也没有对这些企业的航天器设计与生产提供足够的审查与监管。Peregrine-1、IM-1、IM-2三次任务的失败原因都是十分低级的错误,这都暴露了这些企业的“菜鸟”本质。而唯一获得圆满成功的BGM-1着陆器,反而来自一家相对大的航天公司:Firefly还有着火箭发射的业务,也正在向卫星制造拓展。
在ISS的运营中,NASA显然是吃到了商业化的甜头,但仅仅一个“商业化”并不是万能的灵丹妙药。有些时候,一味强调降成本,最后实现的目的就只有“降成本”一个。特别是深空探测,其环境远比近地轨道恶劣,测控更为困难,变轨等操作也更为复杂,而参与商业深空探测的又都是一些初创企业。落实到CLPS项目上,7年时间中,一次成功三次失败的成绩难言成功。我个人还是希望后续二阶段的CLPS任务能够提高成功率,产生更多有价值的科学数据。