月球的引力較弱，使太空飛行器更容易傾倒。 設計人員面臨著重量分布和著陸穩定性之間的權衡，這是未來著陸任務需要克服的挑戰。
今年，兩艘太空飛行器以一定角度降落在月球表面。 在月球的引力作用下，月球比地球弱，太空飛行器更容易傾覆。
上個月，美國製造的機械人著陸器奧德修斯號成為50多年來第一艘登陸月球的美國太空飛行器，但它以一定角度著陸。 由於天線和太陽能電池板沒有指向正確的方向，這限制了其在月球表面執行科學任務的能力。 就在乙個月前，日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）的“月球勘測智慧型著陸器”（SLIM）也在著陸過程中傾覆，最終倒置在地面上。
為什麼太空飛行器最近在月球上翻滾如此頻繁？ 直立登陸月球真的難嗎？ 在網際網絡上，“奧德修斯”著陸器的總高度為14英呎（從著陸腳的底部到頂部太陽能電池板）被認為是傾斜著陸的因素之一。
那麼，製造商Intuitive Machines在設計時是否犯了乙個明顯的錯誤？ 該公司為這種又高又瘦的設計提供了工程理由，但線上評論者有一定的道理。
高大的物體比厚實的物體更容易翻倒。 在月球上，引力只有地球的六分之一，被俘虜的可能性甚至更大。 這不是乙個新發現。 半個世紀前，阿波羅太空人在月球上跳躍和行走時親身體驗過它，有時還會掉到地上。
上週，前美國宇航局工程師、現為佛羅里達大學行星科學家的菲利普·梅茨格（Philip Metzger）解釋了為什麼在社交平台X上更難站在月球上的數學和物理原理。 “我做了計算，結果很糟糕，”梅茨格博士說，“能夠讓這種大小的著陸器在月球引力只有幾公尺的橫向運動中傾斜。 ”
這個問題涉及穩定性的兩個方面。
首先是靜態穩定性。 如果物體傾斜大角度，重心在落地腳外，就會傾斜。 結果表明，月球和地球上的最大傾斜角是相同的。 這在任何行星上都是一樣的，因為重力在這個公式中被抵消了。
但是，如果太空飛行器仍在移動，答案就會改變。 “奧德修斯”號本應垂直著陸，沒有水平速度，但由於導航系統的問題，它在落地時仍然向側面移動。
基於地球的直覺現在已經成為乙個缺陷，“梅茨格博士說。 例如，他說，試著把廚房裡的冰箱打倒。 “它太重了，輕微的推力無法將其推倒，”梅茨格博士說。
但是，如果你用一塊與冰箱形狀相同的聚苯乙烯泡沫塑料代替它，模擬真實冰箱在月球引力下的重量，“梅茨格博士說，”那麼即使是非常輕的推力也會把它推下來。 ”
假設太空飛行器完好無損，它將在著陸腳接觸地面的接觸點旋轉。 梅茨格博士的計算表明，對於像奧德修斯這樣的太空飛行器來說，它在月球上的著陸腳需要比在地球上寬兩倍半左右，以抵消相同的橫向運動。 例如，如果以最大水平速度降落在地球上，6英呎寬的腿就足夠了，那麼以相同的橫向速度降落在月球上，雙腳需要相距15英呎才能不翻倒。
為了簡化設計，“奧德修斯”號的著陸腳沒有摺疊，將其發射到太空的SpaceX獵鷹9號火箭的直徑限制了著陸腿展開的寬度。 “因此，在月球上，你必須將著陸器設計為在著陸時保持非常低的橫向速度，遠低於在地球引力下著陸的太空飛行器，”梅茨格博士在X上寫道，“這使得著陸更加困難，需要更精確的導航和控制。 ”
對於未來的月球任務，工程師需要權衡重量分布與著陸穩定性之間的關係。 較高的著陸器可以為科學儀器提供更多空間，但更難保持直立。 SpaceX的巨型星際飛船將於2026年將兩名NASA太空人送上月球表面。 這艘星際飛船高120公尺，相當於一棟16層樓的高度。 它必須完全垂直下降，避免明顯的斜坡。 “這降低了高著陸器動態穩定性的餘量，但它並沒有完全消除它，”梅茨格博士說，“只要太空飛行器上的其他系統正常工作，剩餘的餘量是可控的。 ”