“月船2号”功败垂成,如何看待印度的首次登月?

[摘要]虽然印度“月船2号”的登陆器软着陆失败,但它的轨道器仍然会在轨道上完成不少探测任务,还是能够提高印度对月球的认识。

作者:澎湃新闻特约撰稿 张雪松

“在这勇敢的时刻,我们将会再次勇敢。”这是印度总理莫迪在“月船2号”着陆器失联后对参与任务科学家说的一句话。

对于印度航天来说,9月7日是一个高兴不起来的日子。当地时间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(IRSO)宣布,印度“月船2号”着陆器在距离月球表面2.1公里的时候失去了信号。这意味着印度历史上首次月球软着陆任务以失败告终。

当月球软着陆任务失败后,网络上的言论有鼓励、有惋惜,也有揶揄和讽刺。那么,如何尽量客观看待印度此次“月船2”号月球探测任务,笔者谈谈自己的观点,抛砖引玉。

“月船2号”上的“维克拉姆”着陆器

大火箭进步显著

“月船2号”探测器重达3.85吨,是印度自行发射的重量最大的航天器,它使用印度自行研制的GSLV-MK3火箭发射,这是GSLV-MK3大火箭的第三次发射和首次实用业务发射。无论“月船2号”探测器成就如何,仅仅把它成功送上太空,就已经表明印度航天发展前进了一大步。

GSLV-MK3火箭是印度目前运载能力最大的火箭

印度原有的GSLV-MK2火箭同步转移轨道运力仅有2吨多,导致印度不少大型卫星要用外国火箭发射,而月球探测作为提振民心士气、彰显国家荣誉的工程,使用外国火箭发射显然不太合适,好在GSLV-MK3火箭及时完成研制试验,赶上了“月船2号”探测器的发射。

GSLV-MK3火箭由两个S-200大型固体助推器,外加L110芯一级和L25芯二级三部分组成,S-200表示固体助推器装药量约200吨,L110表示装有约110吨液体推进剂,L25则是装有约25吨液体推进剂,不过芯级的推进剂并不相同:芯一级L110是偏二甲肼和四氧化二氮的常温推进剂,而芯二级L25是液氧液氢推进剂。GSLV-MK3火箭起飞重量640吨,具有将8吨载荷送入600公里高度近地轨道,或是4吨级的同步转移轨道运力,它的出现让印度火箭的运载能力几乎翻番,L110芯一级还在印度火箭中首次使用液体发动机并联设计,L25芯二级使用印度自行研制的20吨级CE-20液氧液氢发动机,这都是印度在航天技术的重大进步。

GSLV-MK3火箭无论是2014年底的半箭试飞,还是2017年和2018年的两次试验性发射都获得成功。“月船2号”探测器原定7月15日发射,但起飞前火箭L25低温氢氧级出现氦增压系统泄漏的故障,印度航天人一周内就解决完毕并在22日发射成功,从此看出,印度航天在火箭综合水平上的进步还是十分明显的。

火箭整流罩里面的“月船2号”

探测器物美价廉

“月船2号”探测器也有自己的过人之处,印度空间研究组织(ISRO)表示,“月船2号”任务耗资仅为97.8亿卢比(约合1.42亿美元),更令人震惊的是“月船2号”探测器本身只花了8700万美元。要知道“月船2号”探测器可是非常复杂的,包括一个2379千克的轨道器,一个1471千克被命名为“维克拉姆”(Vikram)的着陆器和一个27千克名叫“智慧”(Pragyan)的月球车,三个部分各自带了不同的探测载荷,着陆器上还有大量的传感器用于月球软着陆,这再次体现了印度航天花小钱办大事的风格。

“月船2号”探测器包括轨道器、“维克拉姆”着陆器和“智慧”号月球车

我们先看“月船2号”的轨道器,它负责从地球轨道到月球轨道的变轨,从重量上说是探测器的大头。“月船2号”是一次软着陆任务,最受关注的是“维克拉姆”着陆器和“智慧”月球车,其轨道器的设计也是可圈可点:它设计寿命一年,将使用地形测绘相机(TMC-2)再一次生成月球的三维影像;它还带了SAR雷达,上次“月船1号”带了美国的SAR雷达,发现月球极区有水,现在“月船2号”轨道器装上国产货,也要看个究竟;它还带了红外成像光谱仪以及软X射线光谱仪,用于探测月球表面的物质成分和分布;最让人期待的,是轨道器带了一部高分辨率相机,号称能达到0.32米分辨率,要知道美国的LRO探测器也只有0.5米分辨率呢,印度人探月相机做出一个世界第一,若以后对美国“阿波罗”登月舱或是中国“嫦娥三号/四号”进行拍照,这些探测器可能就有不少新照片。

“维克拉姆”着陆器的科学探测仪器没什么亮点,但保障软着陆的传感器还是有一些亮点。为了保障这次软着陆,其配备了:位置探测相机、水平速度相机、Ka波段雷达高度计、激光高度计和避障相机,可以说是落月技术的“十八般武器”样样具备。从苏联的“月球”系列到美国“阿波罗”再到中国的“嫦娥”系列着陆器,也没有像印度安装了如此多的降落传感器。轨道器带了阿尔法粒子X-射线分光仪(APXS)和激光诱导击穿光谱仪(LIBS),专门用于分析月球表面的物质成分和丰度。印度“月船2号”探测器花这么点钱,却能用上这么多新设备,也算是印度航天后发优势的一个体现。

月球软着陆并不容易

9月7日凌晨“维克拉姆”着陆器进行动力下降和月球软着陆,它装有5台800牛主发动机和8台50牛姿控发动机,开始下降时外侧的四台800牛发动机推力全开,悬停阶段开两台800牛发动机,最后落月只开中央的一台800牛发动机,这是印度变推力发动机不给力的无奈之举,可能也是印度着陆器落月失败的祸根。

印度空间研究组织(ISRO)对“维克拉姆”着陆器的落月挑战进行了直播,着陆器带着那么多传感器,下降过程前期相当顺利,但2.1公里高度却突然失去联系,根据印度直播视频上显示的飞行轨迹,着陆器随后偏离预定设计加速下降,这显然是极不正常的。综合各方信息,很可能是着陆下降过程中姿态出现问题,本该发动机斜向下工作但姿态失稳变成发动机斜向上,于是失去信号的同时控制程序紧急关机,防止着陆器继续加速下降。虽然着陆器随后自动会进行调整,但高度不高也来不及完成正常落月,最终摔在月球表面。

具体来说,导致着陆器软着陆失败的原因可能有两个:一是惯导硬件出问题,输出了错误的姿态信息;或者软着陆控制算法出了问题,导致姿态异常和落月失败。今年以色列“创世纪”号由于惯导硬件问题导致登月失败。印度和以色列登月失败表明月面软着陆技术难度还是非常高的,侧面也反映中国“嫦娥三号/四号”成功登月非常难得。

结语

航天是高风险事业,失败在所难免。失败后找出原因并加以克服,这也是人类在茫茫宇宙中上下求索不断取得成功的垫脚石。

虽然印度“月船2号”的登陆器软着陆失败,但它的轨道器仍然会在轨道上完成不少探测任务,还是能够提高印度对月球的认识。正式启动载人航天计划、向火星发射探测器、探测月球……不得不承认当今的印度航天早已不是昔日的“吴下阿蒙”。

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