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谁将是第4个成功软着陆月球的国家?| 印度探月确实失败了吗?

 七侠荡寇志 2019-10-30

印度,是2019年第三个尝试月球软着陆的国家。1月3日,中国“嫦娥”4号着陆器成功着陆月球背面,成为世界唯一着陆月球背后的着陆器。4月11日,以色列月球探测器“创世纪”在着陆最后阶段失败。

花/
钱少,任务难
当地时间2019年9月7日凌晨2:15(北京时间7日凌晨4:45)左右,印度空间研究组织(ISRO)宣布,“月船”2号着陆器在距离月球表面2.1千米的时候失去联系。在班加罗尔航天指挥中心现场的印度总理莫迪鼓励全体工作人员说,“你们为航天事业付出不懈努力,为你们骄傲。让我们期待最好的结果。前路漫漫,继续努力。”事实上,人类探测月球60年来,仅有苏联、美国和中国实现了着陆月球的壮举。
而印度的尝试,这不是第一次。2008年发射的“月船”1号已经过去11年之久。不过相比较而言,“月船一号”只是个围绕月球运转的轨道器,而“月船”2号非常复杂。因为它是一个包含轨道器+着陆器+巡视器组合系统,上一个以这种方式组合的,还要追溯到1972年的“阿波罗”17号任务。

着陆测试
轨道器,重达2.4吨,计划工作7年,携带的 8台仪器都是印度自主研发,其中高分辨率观测相机分辨率可以达到0.3米、是人类所有月球探测器中最高的一个。着陆器,组合体重达1.5吨。计划进行月球地震、表面热物理特性分析、月表等离子体分析、激光反射棱镜等研究。还包括一台27千克的但能进行激光诱导击穿光谱分析的巡视器,要知道这是“好奇号”的绝活。可以说任务水平很高,尤其是科学仪器的整体水平非常高的。
但“月船”2号任务的价格并不高,包括研发、发射和运营的总价格在1.4亿美元左右。按照印度媒体的说法,整个任务比好莱坞拍摄一部《星际穿越》电影的成本都要低。以如此低廉的价格完成的却是对于印度目前的航天水平而言,难度非常大的任务。从第一次的轨道器任务直接跳组合体三重任务,跨越非常大也非常难。而且着陆器着陆区选择了月球南极附近区域,难度也很大。

真/
的完全失败了么?
在距离月球表面2.1千米高度、失去联络,可以判定着陆器着陆失败。但必须强调,环绕月球的轨道器,完全成功,仍可照预定计划执行任务。相信各个高水平仪器还是能做出很多有创新性的科研成果。
但一个航天任务的成败,不能简单从某一项结果判断。印度自主研发的地球同步轨道运载火箭III型成功执行了目前对它而言最高难度的任务。火箭成了。同时,由于火箭和“月船”2号自身能力不足,需要进行长期轨道机动才能完成这个任务,对轨道设计、深空导航制导与控制这些“软件“要求非常高。印度在这一过程中的绝大部分阶段,都完成的还是比较好的,只是最后功亏一篑。

还有一项成功,在科普。这次任务跨度时间很长,印度的科普宣传效果是非常好的,无论是全程与国民互动、媒体密集报道,还是直播着陆过程、总理亲临现场,重视程度之高都是很罕见的。这次“月船”2号的科普宣传覆盖范围和影响力是教科书一般,通过各种渠道覆盖了社会各个阶层各个年龄,宣传的重点也包括了任务创新和难度。这也是任务失败后,印度社交媒体并没有出现大规模“定体问”等质疑,更多是包容理解。这种科普宣传生态,是非常值得我们学习的。
着/
陆失败的原因
着陆器失败的原因ISRO还在调查中,不过从目前的情况来看,可以尝试简单推断。首先,印度没有变推力的主减速发动机,而是依靠5台仅800牛的发动机逐渐工作减速,有点类似猎鹰九号火箭一级返回时9台梅林发动机按数量递减工作减速。但这意味着姿态控制、软件控制难度加大不少,甚至是800牛发动机能否一直保持正常工作、抑或是某台出问题,都是风险。而不能拥有变推力减速发动机的原因,还跟俄罗斯有关。原计划这个任务着陆部分是俄罗斯协助完成的,但由于俄罗斯火星探测任务失利、导致一系列合作终止,任务大幅延期。印度重新研发变推力发动机不太现实,只得用控制发动机台数变推力的“赶鸭子上架”情景。

其次,问题可能出现在姿控发动机上。着陆过程中如果轨道发动机工作状态突然改变,例如它计划中的从4台切到2台,毫无疑问会对着陆器姿态产生较大扰动。而8台50N级姿控发动机工作状态就会受到极大挑战。目前来看也的确发生了这种情况,失联前姿态出现了大翻转。

和/
中国“嫦娥”相比如何?
运载火箭方面,印度此次任务火箭跟我国探月用“长征”3号乙相比还有一定差距。它的同步轨道转移运力仅4吨,根本不足以送这个近3.8吨组合体直入地月转移轨道。而“长征”3号乙可将3.8吨重的“嫦娥”3、4号直送地月转移轨道,不用依靠探测器自己长时间变轨。直接导致“嫦娥”3、4号飞了3天的路程,“月船”2号用了几十天。
轨道器方面,要跟我们的“嫦娥”1号和2号类比,应该说高分辨率相机方面明显优势,总体上略强。
当然差距最大的在着陆器上。嫦娥”3、4号都大为成功,4号甚至是人类唯一降落在月球背后的着陆器,着陆地在南极-艾特肯盆地,着陆难度非常大。二者依靠的就是我国独立自主研发的变推力发动机,其他相关软件和硬件也非常成熟。而且“嫦娥”和两只“玉兔”都能“过夜”。月球上一天一夜是28天,夜晚必须依靠放射性同位素保温。,但印度着陆器和巡视器即便成功,也仅计划存活一个白天/14天。

印度着陆月球失败,从某种意义上,让我们看清了登陆月球的难度之大。再一次为中国的航天成就,感到骄傲和振奋。但同时,我们也应该借鉴一二。印度这次失败的重要原因在于想一步完成跨越,从绕月直接跳到“绕落巡”任务。在技术不够成熟的情况下,失败的可能性自然非常大。我国2020年的火星探测任务也计划在几乎没有任何基础的情况下实现一次任务“绕落巡”火星。而火星探测的难度远远超过月球,更加谨慎和耐心一些似乎更加稳妥。同时,我们再次意识到,核心技术必须自己掌握。印度这次任务延期如此之久很大程度上因为与俄罗斯合作的不顺利,没有留足时间做核心发动机研发。技术没有捷径。加入我国的某项核心技术还不成熟,请大家多给航天工程师们一些时间,让他们踏实地啃硬骨头,因为别无他法。中国航天的成就有目共睹,目前对印度保有明显的竞争优势,可这个差距有逐渐缩小的趋势。印度航天的亮点越来越多。我们能做的,是进一步尊重人才、增加投入、提高发展速度,别无他法。
站在人类文明发展的角度上,印度对月球的探索是值得尊重的。任何一个国家的深空探测,都是造福全人类的宝贵科研机会,每一个国家的探测器都应该被祝福,因为它代表了人类渴望探寻宇宙新边界的好奇心与决心。

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