到了到了!月船三号成功被月球捕获,还要再当18天“月球钉子户”

印度的月船三号运气爆棚,在经历了轨道高度偏低,屡次不被人看好的情况下,却终于在8月5日到达了月球附近,并且通过近月点发动机点火降低了速度,成功被月球捕获,进入了环月轨道。

按照印度人的风格,走到这一步就能算“成功了60%”了。当然,月船三号面临的最大挑战是软着陆,能够成功就连印度自己也没多大的底,毕竟月船二号在最后关头撞月的往事还历历在目。

不过虽然已经到了月球,月船三号离着陆还远得很,它着陆月面的时间预计是8月23~24日,也就是说要在环月轨道上绕差不多18天的圈,就像在地球上绕了半个多月一样。为啥月船三号总喜欢当“钉子户”呢?

当然是自身能力不行,被迫选择了“慢工出细活”。发射月船三号的LVM3火箭(GSLV-MK3火箭的拉皮版)非常虚胖,发射重量高达640吨,却不能直接将飞船送往月球,只能将其送到类似于地球同步转移轨道的停泊轨道上,然后月船三号就得靠自己。它得用推进舱的发动机不断点火,一次一次的提高轨道高度,直到进入地月转移轨道。

这种方式倒不是印度的专利,我国2007年发射的嫦娥一号探测器当年也是这样做的。但三年后的嫦娥二号,就已经是由火箭直接送上地月转移轨道。之后的嫦娥三号、四号,乃至重达8吨左右的嫦娥五号,也都是直接奔月,根本用不着像月船三号那样要六次变轨才能去月球。

发射嫦娥五号的是我国著名的大火箭长征五号,运载能力当然是印度LVM3所不能匹敌的。就算不提长征五号,LVM3甚至也比不上发射嫦娥三号、四号的长征三号乙增强型,后者可以把3.9吨左右的探测器直送月球,而发射重量却只有459吨,这上哪儿说理去?

由于火箭的能力本来就不行,再加上这一枚火箭尤其不行,打的轨道高度很低,只有138km×36306公里,未达到预期,特别是近地点只比卡门线高38公里,存在坠入大气层的风险,因此月船三号想要奔月一度被认为任重道远。而它的推进舱发动机恰恰也属于拖后腿的,推力只有440N,还只有一台,比着陆器配备的800N发动机还要小。

于是月船三号只能靠这台小小的发动机,一次次地点火,一点点儿地提高近地点和远地点高度。由于初始轨道受火箭的拖累比较低,在历次变轨后的高度都比不上几年前的月船二号,以至于不少人认为它“药丸”。

这里出现了一个小细节:在印度空间研究组织ISRO的所有宣传图片中,月船三号奔月都显示只需要五次变轨,但最终还是靠六次变轨才插入地月转移轨道,最后一次的发动机工作时间还比较长,看来是拼尽全力了。

为什么ISRO的图片里一直说五次,实际却需要六次呢?如果按印度人的说法,一切都“在计划中”。但很可能一开始就是打算五次变轨的,但由于初始轨道高度实在太低,五次变轨实在是不够,所以又“按计划”增加了一次,当然也需要耗费更多的燃料。

好在月船三号的推进舱不像月船二号那样带了很多科学仪器,它为了确保登月成功,几乎抛弃了所有的科研载荷,只保留了一台象征性的仪器,省出来的重量全部装了燃料。凭借这些富余的燃料,再加上一点儿运气的因素,月船三号在经过六次变轨后,终于将远地点提升到了369328公里,总算是能和月球相遇了。

很多人不理解为什么36万多公里的高度也能奔月,要知道月球距离地球有38万公里呀?其实38万公里是平均半径,实际上月球在近地点与地球的距离确实只有36.33万公里左右,所以月船三号这个轨道设计确实是可以的。但其它国家的地月转移都要打到40万公里高度,相比之下印度这个36.93万公里的设计应该还是为了省燃料。

当月船三号到了月球附近之后,它要进行关键性的近月制动,通过减速来进入环月轨道,依靠的还是那台440N发动机。由于推力太小,月船三号需要让发动机长时间的工作,而且还只能进入一个远月点高达1~2万公里的大椭圆轨道,然后再继续一点点儿降低远月点,经过多次制动之后,才能到达100km×100km的圆形轨道。

这又能看出印度不如中国的地方了。我国的嫦娥三号、四号、五号都配备了7500N变推力发动机,这台发动机不仅用于近月制动,还用来进行软着陆,一机多用,大大降低了系统的复杂性。由于7500N发动机的推力大,是印度发动机的十几倍,所以一次近月制动就能直接进入100km×100km圆形环月轨道,根本不用像月船三号那样当18天的钉子户。

不过月船三号这次的燃料看来的确带了不少,在完成近月制动之后,再进行几次降轨应该是足够的,进入100km圆形轨道应该只是时间问题,只不过这个时间有点儿长。然后推进舱的使命就基本完成了,可以与着陆器脱离了。

但接下来月船三号才会正面遇到探月最大的难关:软着陆!着陆器将下降到30km×100km的轨道,然后通过变推力发动机反推减速,直至最终落月。4年前的月船二号就栽在了软着陆上,在距离月面2.1公里高度上姿态失控,发生了翻滚,找不着北了,结果软着陆变成了硬着陆,直接摔成了碎片。这就是著名的“成功了95%”的由来。

月船三号与月船二号相比大同小异,虽然说增加了燃料,加强了着陆腿,改进了软件,还增加了激光测速仪等等,但那都是小打小闹,真正起关键作用的硬件:变推力发动机,月船三号还是用的和月船二号一样,是800N的,数量还减少了一台,只有4台。

而这4台发动机的总推力还不如我国一台7500N变推力发动机,更不要说后7500N发动机的推力变化范围高达20%~100%,也远远大于印度的800N发动机。想靠这4台孱弱的800N发动机实现软着陆,希望并不是没有,但变数就比较大了。

由于推力太小,月船三号只能在30km高度就开始减速,才能有足够的时间把速度降下来,而得益于7500N发动机的大推力,我国嫦三、嫦四却能够在15km高度才开始落月,精度更好,成功率更高。

而除了发动机之外,印度还存在着隐性的劣势,那就是测控能力。月球距离地球平均都有38万公里,信号传输都会有1秒多的延迟,这个距离给航天测控带来了极大的困难,远比发射卫星要难得多。

当初月船二号在下降到2.1公里高度后,着陆器的速度出现了偏差,导致计算机发出一系列复位命令,甚至直接把正在工作的发动机给关了,并且阻止了发动机的正常启动,最终导致了“硬着陆”。

这充分说明月球软着陆远没有想象得那么简单,要不然这么多年来也不会只有美国、苏联和中国实现了软着陆,而印度、以色列和日本都失败了。在这么远的距离上进行复杂的软着陆,对测控的要求很高,否则空有火箭和飞船,到了月球之后收不到信号,那什么都白瞎了。

而印度恰恰在测控方面存在短板,它只在班加罗尔一个地方建有深空站,也不像我国那样拥有“远望”系列海上测控船队,对于探月来说是远远不够的。所以印度的探月行动离不开美国NASA和欧空局ESA的帮助,需要别人为它提供测控支持,数据要转一道手才能收到。

这种往好里说是朋友比较多,大家都来帮一把,往坏了说就是缺乏自主能力,受制于人。如果在着陆的关键时刻,合作方出了哪怕一点点儿问题,印度人就只能干瞪眼了。现在距离月船三号的着陆大考还有很多天,印度人还有大量的时间来赞美月船三号,而最终它能不能不再是“95%成功”,让我们拭目以待吧。

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页面更新:2024-05-15

标签:月球   近月   软着陆   推力   印度   嫦娥   钉子户   轨道   发动机   火箭   高度

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