印度和俄罗斯的探月大比拼突然反转!先是俄方宣布月球25号出现突发状况,8月19日原本向其发出了降轨至18km×100km着陆准备轨道的指令,但月球25号却没有执行。
发生这种情况,最坏的情况是无法登月,最好的情况是恢复控制,但落月时间肯定会延迟,不管怎么样,月球25号几乎肯定要被月船三号反超。最新消息证实了这种猜测,俄方宣布月球25号已经失联,有可能是走到了错误的轨道上,直接撞月了!
与突发故障的月球25号形成鲜明对比的是,印度的月船三号高歌猛进,在8月20日凌晨成功将轨道由113k×157km降到了25km×134km,进入了预着陆轨道,这真是有点出乎意料,相当于将近地点下降了90km左右,顺带还降了远地点,真不知道印度是如何一把就做到的。接下来月船三号不会再有什么降轨操作,而是会准备开始软着陆过程,预计在8月23日着陆。
这简直是飞走的鸭子又飞回来了!印度的运气好到爆棚,假如俄罗斯的月球25号不出问题,原来应该会在8月21日着陆,直接将人类首次在月球南极附近软着陆的荣誉给抢走。没想到一直磨磨蹭蹭的月船三号来了个龟兔赛跑,一度落后的它现在反而领先了,一众印度网友顿时欣喜若狂。
那么月船三号成功着陆真的已经板上钉钉了吗?恐怕没那么简单,从它现在公布的轨道数据来看,这里面还隐藏着一个大隐患:与预期的30km×100km预着陆的轨道相差比较大,远月点过高,而近月点又过低。远月点高了34公里倒是问题不大,只是将近月点的速度增加了11米/秒左右,减速时调整过来应该不难。但近月点高度比预计值少了5公里,却是个巨大的麻烦。
有些网友可能觉得不就5公里嘛,有什么大惊小怪的,4年前月船二号的预着陆轨道是36km×110公里,不也比原定的30公里高6公里嘛。但您要知道,月船二号高了6公里还能补救,月船三号低了5公里,却会对着陆过程造成巨大影响,不知道印度人有没有准备这样的预案。
笔者从网络上找到了一张月船三号软着陆的详细过程图解,像是出自月船三号团队之手。从图上看,月船三号的动力下降过程分成三个阶段:主减速段、姿态保持段和精细减速段。主减速段耗时长达690秒,将着陆器的速度由1.68公里/秒减小到了水平方向358米/秒、垂直方向61米/秒。
而在这个过程中,着陆器的高度也将发生明显变化,由预定的30公里下降到7.4公里,共下降了22.6公里。为什么会耗时长达690秒呢?这是由于月船三号的4台主动机太孱弱了,单台最大推力只有800N,总推力只有3200N,还不到我国嫦娥三号、四号所用的7500N变推力发动机的一半。
嫦娥三号、四号凭借强大的主发动机,可以实现快速减速,所以会在距离月面15公里高度才开始动力下降。印度月船三号就不能这样干,由于发动机推力不足,减速太慢,如果它也在15公里开始下降,还没等把水平方向的速度降下来,着陆器就要“硬着陆”了。
于是月船三号选择了更为保险的30公里高度,这样就会有足够的时间来减速,当水平速度降到358米/秒时,高度还有7.4公里,经过姿态保持段后,还能剩下6.8公里,能够从容地开展悬停避障和精细的减速刹车。然而现在月船三号实际的轨道高度是25公里,一切就全变了。
如果主减速段仍然按照原计划来执行,着陆器在此阶段需要下降22.6公里,那么高度就只剩下2.4公里,离“撞月”已经不远了。而且此时着陆器的速度还相当高,用2.4公里这么一个极小的高度区间,去完成下一步复杂的避障和减速,显然是强人所难。
那应该怎么办呢?显然不能再按原计划,得把这5公里找补回来。如果要求主减速段完成后仍然保持7.4公里的高度,那么这一阶段的高度下降就只能是17.6公里,这就意味着着陆器的发动机喷口要更多的向下偏转,以减小垂直方向的加速,让高度掉得慢一些。
但刚才说过印度的800N发动机推力是很小的,在主减速段本来就得火力全开,如果更多的向下喷,那水平方向的推力就会减弱,使得主减速段的时间更加拉长。这样做的一个严重后果就是会让着陆器错过预定的着陆点。虽然印度人宣称月船三号能够在预定着陆区之外“随机着陆”,但要是真摊上了这样的事,以印度飞船的可靠性,成败可就玄乎了。
如果维持主减速段690秒的时间大致不变呢?这样做会使主减速段结束之后水平速度过高,必须要在精细减速阶段将这个水平速度降到零,要不然同样也会错过预定着陆点。但这么做就又需要让着陆器发动机喷口更加偏向水平,从而使垂直方向的推力减小。
或者是在垂直方向不需要很大推力的时候,利用800N发动机的变推力能力,增加水平方向的推力,但这样做会消耗更多的燃料,再加上他们的800N发动机推力调节能力本来就很弱,同样会对最后的软着陆过程造成巨大的不利影响。
4年前的月船二号,在主减速段工作得还不错,但是当着陆器速度降到146米/秒之后,出现了减速过快的问题,随之产生了控制方面的故障,导致着陆器发生翻滚,并在距月面2.1公里时推动了信号,最终一头栽向了月球。
现在月船三号的高度又低了5公里,不管采取什么样的补救措施,其动力下降过程都会与预定计划发生偏移。有可能也能软着陆成功,但却会增加风险和难度。相信ISRO应该事先准备了应对轨道高度过低的预案,但印度航天的纪录表明,他们在应对突发情况时的能力是堪忧的。
所以说,虽然现在月船三号暂时领先了出问题的俄月球25号,似乎距离首次着陆月球南极附近的荣誉只有一步之遥,但现在月船三号的状态也不算乐观,不要高兴得太早。如果俄印两国本次探月行动双双失败的话,那只能说明探月是一项高难度的项目,对技术实力的要求很高,要做到可不是那么容易的。
更新时间:2024-08-25
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