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“月船2號”功敗垂成,如何看待印度的首次登月

 wps0321 2019-09-08

“在這勇敢的時刻,我們將會再次勇敢。”這是印度總理莫迪在“月船2號”著陸器失聯(lián)后對參與任務(wù)科學(xué)家說的一句話。

對于印度航天來說,9月7日是一個高興不起來的日子。當(dāng)?shù)貢r間7日凌晨2:15(北京時間7日凌晨4:45)左右,印度空間研究組織(IRSO)宣布,印度“月船2號”著陸器在距離月球表面2.1公里的時候失去了信號。這意味著印度歷史上首次月球軟著陸任務(wù)以失敗告終。

當(dāng)月球軟著陸任務(wù)失敗后,網(wǎng)絡(luò)上的言論有鼓勵、有惋惜,也有揶揄和諷刺。那么,如何盡量客觀看待印度此次“月船2”號月球探測任務(wù),筆者談?wù)勛约旱挠^點,拋磚引玉。

“月船2號”上的“維克拉姆”著陸器

大火箭進(jìn)步顯著

“月船2號”探測器重達(dá)3.85噸,是印度自行發(fā)射的重量最大的航天器,它使用印度自行研制的GSLV-MK3火箭發(fā)射,這是GSLV-MK3大火箭的第三次發(fā)射和首次實用業(yè)務(wù)發(fā)射。無論“月船2號”探測器成就如何,僅僅把它成功送上太空,就已經(jīng)表明印度航天發(fā)展前進(jìn)了一大步。

GSLV-MK3火箭是印度目前運載能力最大的火箭

印度原有的GSLV-MK2火箭同步轉(zhuǎn)移軌道運力僅有2噸多,導(dǎo)致印度不少大型衛(wèi)星要用外國火箭發(fā)射,而月球探測作為提振民心士氣、彰顯國家榮譽的工程,使用外國火箭發(fā)射顯然不太合適,好在GSLV-MK3火箭及時完成研制試驗,趕上了“月船2號”探測器的發(fā)射。

GSLV-MK3火箭由兩個S-200大型固體助推器,外加L110芯一級和L25芯二級三部分組成,S-200表示固體助推器裝藥量約200噸,L110表示裝有約110噸液體推進(jìn)劑,L25則是裝有約25噸液體推進(jìn)劑,不過芯級的推進(jìn)劑并不相同:芯一級L110是偏二甲肼和四氧化二氮的常溫推進(jìn)劑,而芯二級L25是液氧液氫推進(jìn)劑。GSLV-MK3火箭起飛重量640噸,具有將8噸載荷送入600公里高度近地軌道,或是4噸級的同步轉(zhuǎn)移軌道運力,它的出現(xiàn)讓印度火箭的運載能力幾乎翻番,L110芯一級還在印度火箭中首次使用液體發(fā)動機(jī)并聯(lián)設(shè)計,L25芯二級使用印度自行研制的20噸級CE-20液氧液氫發(fā)動機(jī),這都是印度在航天技術(shù)的重大進(jìn)步。

GSLV-MK3火箭無論是2014年底的半箭試飛,還是2017年和2018年的兩次試驗性發(fā)射都獲得成功?!霸麓?號”探測器原定7月15日發(fā)射,但起飛前火箭L25低溫氫氧級出現(xiàn)氦增壓系統(tǒng)泄漏的故障,印度航天人一周內(nèi)就解決完畢并在22日發(fā)射成功,從此看出,印度航天在火箭綜合水平上的進(jìn)步還是十分明顯的。

火箭整流罩里面的“月船2號”

探測器物美價廉

“月船2號”探測器也有自己的過人之處,印度空間研究組織(ISRO)表示,“月船2號”任務(wù)耗資僅為97.8億盧比(約合1.42億美元),更令人震驚的是“月船2號”探測器本身只花了8700萬美元。要知道“月船2號”探測器可是非常復(fù)雜的,包括一個2379千克的軌道器,一個1471千克被命名為“維克拉姆”(Vikram)的著陸器和一個27千克名叫“智慧”(Pragyan)的月球車,三個部分各自帶了不同的探測載荷,著陸器上還有大量的傳感器用于月球軟著陸,這再次體現(xiàn)了印度航天花小錢辦大事的風(fēng)格。

“月船2號”探測器包括軌道器、“維克拉姆”著陸器和“智慧”號月球車

我們先看“月船2號”的軌道器,它負(fù)責(zé)從地球軌道到月球軌道的變軌,從重量上說是探測器的大頭?!霸麓?號”是一次軟著陸任務(wù),最受關(guān)注的是“維克拉姆”著陸器和“智慧”月球車,其軌道器的設(shè)計也是可圈可點:它設(shè)計壽命一年,將使用地形測繪相機(jī)(TMC-2)再一次生成月球的三維影像;它還帶了SAR雷達(dá),上次“月船1號”帶了美國的SAR雷達(dá),發(fā)現(xiàn)月球極區(qū)有水,現(xiàn)在“月船2號”軌道器裝上國產(chǎn)貨,也要看個究竟;它還帶了紅外成像光譜儀以及軟X射線光譜儀,用于探測月球表面的物質(zhì)成分和分布;最讓人期待的,是軌道器帶了一部高分辨率相機(jī),號稱能達(dá)到0.32米分辨率,要知道美國的LRO探測器也只有0.5米分辨率呢,印度人探月相機(jī)做出一個世界第一,若以后對美國“阿波羅”登月艙或是中國“嫦娥三號/四號”進(jìn)行拍照,這些探測器可能就有不少新照片。

“維克拉姆”著陸器的科學(xué)探測儀器沒什么亮點,但保障軟著陸的傳感器還是有一些亮點。為了保障這次軟著陸,其配備了:位置探測相機(jī)、水平速度相機(jī)、Ka波段雷達(dá)高度計、激光高度計和避障相機(jī),可以說是落月技術(shù)的“十八般武器”樣樣具備。從蘇聯(lián)的“月球”系列到美國“阿波羅”再到中國的“嫦娥”系列著陸器,也沒有像印度安裝了如此多的降落傳感器。軌道器帶了阿爾法粒子X-射線分光儀(APXS)和激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀(LIBS),專門用于分析月球表面的物質(zhì)成分和豐度。印度“月船2號”探測器花這么點錢,卻能用上這么多新設(shè)備,也算是印度航天后發(fā)優(yōu)勢的一個體現(xiàn)。

月球軟著陸并不容易

9月7日凌晨“維克拉姆”著陸器進(jìn)行動力下降和月球軟著陸,它裝有5臺800牛主發(fā)動機(jī)和8臺50牛姿控發(fā)動機(jī),開始下降時外側(cè)的四臺800牛發(fā)動機(jī)推力全開,懸停階段開兩臺800牛發(fā)動機(jī),最后落月只開中央的一臺800牛發(fā)動機(jī),這是印度變推力發(fā)動機(jī)不給力的無奈之舉,可能也是印度著陸器落月失敗的禍根。

印度空間研究組織(ISRO)對“維克拉姆”著陸器的落月挑戰(zhàn)進(jìn)行了直播,著陸器帶著那么多傳感器,下降過程前期相當(dāng)順利,但2.1公里高度卻突然失去聯(lián)系,根據(jù)印度直播視頻上顯示的飛行軌跡,著陸器隨后偏離預(yù)定設(shè)計加速下降,這顯然是極不正常的。綜合各方信息,很可能是著陸下降過程中姿態(tài)出現(xiàn)問題,本該發(fā)動機(jī)斜向下工作但姿態(tài)失穩(wěn)變成發(fā)動機(jī)斜向上,于是失去信號的同時控制程序緊急關(guān)機(jī),防止著陸器繼續(xù)加速下降。雖然著陸器隨后自動會進(jìn)行調(diào)整,但高度不高也來不及完成正常落月,最終摔在月球表面。

具體來說,導(dǎo)致著陸器軟著陸失敗的原因可能有兩個:一是慣導(dǎo)硬件出問題,輸出了錯誤的姿態(tài)信息;或者軟著陸控制算法出了問題,導(dǎo)致姿態(tài)異常和落月失敗。今年以色列“創(chuàng)世紀(jì)”號由于慣導(dǎo)硬件問題導(dǎo)致登月失敗。印度和以色列登月失敗表明月面軟著陸技術(shù)難度還是非常高的,側(cè)面也反映中國“嫦娥三號/四號”成功登月非常難得。

結(jié)語

航天是高風(fēng)險事業(yè),失敗在所難免。失敗后找出原因并加以克服,這也是人類在茫茫宇宙中上下求索不斷取得成功的墊腳石。

雖然印度“月船2號”的登陸器軟著陸失敗,但它的軌道器仍然會在軌道上完成不少探測任務(wù),還是能夠提高印度對月球的認(rèn)識。正式啟動載人航天計劃、向火星發(fā)射探測器、探測月球……不得不承認(rèn)當(dāng)今的印度航天早已不是昔日的“吳下阿蒙”。

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