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【文/ 观察者网专栏作者 石豪】

北京时刻9月7日清晨4:45,备受重视的印度“月船2号”探月迎来大结局,着陆器在间隔月面仅2.1千米时与地上失掉联络,印度的初次月球软着陆使命以失利告终。

不再发射的信号

这次探月的“月船2号”勘探器,是本年7月22日由印度自己的GSLV Mk3火箭发射升空的,经过屡次变轨,于8月20日进入月球轨迹。

“月船2号”轨迹示意图(图/ISRO)

“月船2号”勘探器由轨迹器和“Vikram”号着陆器组成,总重3850千克,其间Vikram着陆器只要不到1500千克,地球变轨和进入月球轨迹所需的很多燃料由轨迹器供给。

“月船2号”组合体(图/ISRO)

在与轨迹器别离后,Vikram着陆器使用自带燃料完结落月,假如全部顺畅的话,还会在软着陆后释放出名为“Pragyan”的小型月球车。

Vikram着陆器(左)与Pragyan月球车(右)(图/ISRO)

从发射到落月,全部进行的都很顺畅,看起来印度行将成为第四个完结月球软着陆的国家。

但偏偏在终究时刻出了差错。

前期版别的Vikram着陆器着陆进程(图/ISRO)

依据后期版别的规划,着陆器将从30千米高度开端“急刹车”,到7.4千米高度转为精密制动,在2千米高度调正姿势、选取着陆点,在100米高度悬停、避障、终究下降。

在精密制动进程中,着陆器的姿势应该是与竖直方向成50°夹角的,可是遥测信号显现,着陆器在间隔地上不到3千米时是“拿大顶”的。

着陆器“拿大顶”(图/ISRO直播信号)

从空间轨迹上看,勘探器从3千米高度开端,表明实践方位的绿线就和表明规划值的红线有显着别离,终究勘探器在高度还没到0的时分就失联了。

着陆器下降轨迹(图/ISRO直播信号)

在最要害的时刻姿势失控,着陆器底子来不及批改,来不及弥补。因而能够断定,Vikram着陆器坠毁在月球外表,没有完结软着陆。

不断改变的方案

“月船2号”的研发进程可谓好事多磨。

早在2007年,“月船1号”月球勘探器没有发射之时,印度就与俄罗斯方面签署了协议,共同开发“月船2号”,印度供给轨迹器和月球车,俄罗斯担任着陆器。

好景不长,虽然两国科学家完结了方案规划,但由于俄罗斯方面的原因,着陆器迟迟无法交给,印度因而决议独立研发着陆器,“月船2号”进展也一拖再拖。

不过很显着,在独当一面这件事上,只要大志勃勃是不行的。

月球着陆器的一大中心硬件便是“变推力发动机”,由于在减速下降的进程中,推进剂很多耗费,着陆器的质量时刻处在改变中,假如发动机推力稳定的话,着陆器在终究时刻非但不能悬停着陆,反而会由于推力大于重力而升高。

因而着陆器的主发动机必定要能够“节省”,在一个很大的范围内调整推力。美国、苏联和我国在登月进程中都研发了具有节省才干的变推力发动机,其间以阿波罗方案的登月舱下降级发动机(LMDE)最为典型。几十年后,这种节省技能被SpaceX承继,用于火箭收回。

阿波罗登月舱的下降级(图/NASA)

但印度实在是没有这项技能,因而只能另辟蹊径。

一方面,印度空间研讨安排(ISRO)将手中用于地球卫星的440N远地点发动机升级到800N推力,另一方面也为这种新发动机赋予了必定变推力才干。

不过显着,800N发动机的变推力才干是有限的,并且800N的推力折算下来是80千克左右,远不能支撑总重超越1000千克的Vikram着陆器。

因而印度科学家只好给着陆器安装了4台800N发动机,在开始减速时全开,悬停避障时只开两台。

悬停避障阶段的着陆器(图/ISRO)

这个方案听起来挺奇妙,但到了2018年6月,科学家们决议改动Vikram着陆器的着陆程序,从与轨迹器别离后直接下降改为先盘绕月球几圈。这样有必要添加第五台800N发动机,在间隔月球10米左右独自焚烧,才干保证安全。

前期的着陆器底部规划,可见只要四台800N发动机(图/ISRO)

等等……之前研讨了几年的的方案是别离今后一头扎下去吗?

是的,所以在发射前一年我们觉得这样欠好,得改。

横竖改的又不止发动机一个。

加了第五台发动机,本来的燃料不行了怎么办?改——多加两个燃料箱。

之前的着陆器支撑腿感觉有点窄,着陆时如果降到斜坡上翻了怎么办?改——从3.6米直径改成4.34米直径。

着陆器变重了,轨迹器变轨才干跟不上了怎么办?改——给轨迹器也多带燃料。

轨迹器重了,着陆器也重了,原定的GSLV Mk2火箭本来就弱,现在更不行了怎么办?改——直接上新研发的GSLV Mk3。

以至于2018年1月,ISRO在美国会议上发布的方案,半年往后就改头换面。

“月船2号”新旧使命规划比照

“月船2号”勘探器总体方案比照

不算太大的方针

印度在航天范畴的大志勃勃,信任各位读者或多或少都有所耳闻。

虽然嘴上不说,但印度的月球勘探方案确实是把我国的嫦娥工程作为“假想敌”和追逐方针的。

嫦娥一号于2007年成功发射,对月球进行盘绕勘探;一年之后,印度的“月船1号”勘探器就发射入轨。

说起来,“月船一号”还在轨释放了一个贴有印度国旗的月球撞击器,跟着撞击器的成功撞月,印度也成为了国际第四个在月球上留下痕迹的国家,前三个分别是苏联、美国和日本。

“月船1号”搭载的月球撞击器(图/ISRO)

虽然规划寿数两年的“月船1号”只作业了一年不到就失效了,但印度不考虑备份,第2次探月就要测验软着陆——依照原方案,“月船2号”应当紧随我国的嫦娥三号完结登月。

印度的着陆器和我国的嫦娥三号比较有什么不同呢?

首要,嫦娥三号不需求轨迹器,运载火箭直接把嫦娥三号的远地点打到40万千米以上,嫦娥三号只需求半途批改轨迹,然后进行近月制动就能够。而受限于火箭技能,“月船2号”只能进入一个远地点4万多千米的超同步搬运轨迹,需求经过轨迹器施行屡次变轨。

嫦娥三号与“月船2号”轨迹比照

其次,我国为嫦娥三号研发了7500N变推力发动机,推力上看几乎是印度发动机的10倍,单台发动机就能完结从近月制动到下降、悬停、下降全程。“月船2号”需求在不同时刻节点重复调整作业发动机的数量。

“一台顶十台”的嫦娥三号发动机(图/我国空间技能研讨院)

第三,嫦娥三号有齐备的热控体系,足以应对月昼月夜的数百度温差,直到今日仍然在继续正常作业。而“月船二号”并没有对此进行特别规划,其寿数只要14天——也便是一个月昼。

嫦娥三号的两相流体回路热控设备(图/我国空间技能研讨院)

第四,从细节上也能显着体会到嫦娥三号规划的精妙详尽,比方,“月船二号”的主承力结构仍是一般卫星选用的圆柱承力筒,全体重心偏高,所以只能在发射前一年暂时更改规划,加大了着陆腿打开的直径以保证稳定性。而嫦娥三号的主承力结构是全新规划的,推进剂贮箱并联,大大降低了重心高度。

嫦娥三号结构布局(图/我国空间技能研讨院)

当然,“月船2号”也不缺少精彩的细节,比方印度科学家对Pragyan月球车的轮子就进行了特别规划,每转一圈,就能在月壤上留下印度国徽和ISRO标志的印记。

印度月球车的共同规划(图/ISRO)

先于我国把国旗扔上月球,用月球车把自己的图腾印到月球外表,这或许便是印度航天大志背面的“小确幸”?

这样的“小确幸”,是印度公民与生俱来的达观情绪的详细表现。

在“月船2号”着陆失利后,一位不肯泄漏名字的ISRO官员告知《印度时报》,“月船2号”使命只要5%失利了,由于其他95%的载荷都在轨迹器上。

没有能打更高轨迹的火箭?不要紧,带轨迹器就好

没有够用的变推力发动机?不要紧,多放几台就好。

没有余量做完好热控规划?不要紧,只活14天就好。

当你的方针满足小的时分,总是能完结的。

你说纸能包住鸡吗?

也能够吧,特别是小小的一块。

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