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【文/ 觀察者網(wǎng)專欄作者 石豪】

北京時(shí)間9月7日凌晨4:45，備受關(guān)注的印度“月船2號(hào)”探月迎來(lái)大結(jié)局，著陸器在距離月面僅2.1千米時(shí)與地面失去聯(lián)絡(luò)，印度的首次月球軟著陸任務(wù)以失敗告終。

不再發(fā)射的信號(hào)

這次探月的“月船2號(hào)”探測(cè)器，是今年7月22日由印度自己的GSLV Mk3火箭發(fā)射升空的，通過(guò)多次變軌，于8月20日進(jìn)入月球軌道。

“月船2號(hào)”軌道示意圖（圖/ISRO）

“月船2號(hào)”探測(cè)器由軌道器和“Vikram”號(hào)著陸器組成，總重3850千克，其中Vikram著陸器只有不到1500千克，地球變軌和進(jìn)入月球軌道所需的大量燃料由軌道器提供。

“月船2號(hào)”組合體（圖/ISRO）

在與軌道器分離后，Vikram著陸器利用自帶燃料完成落月，如果一切順利的話，還會(huì)在軟著陸后釋放出名為“Pragyan”的小型月球車(chē)。

Vikram著陸器（左）與Pragyan月球車(chē)（右）（圖/ISRO）

從發(fā)射到落月，一切進(jìn)行的都很順利，看起來(lái)印度即將成為第四個(gè)實(shí)現(xiàn)月球軟著陸的國(guó)家。

但偏偏在最后時(shí)刻出了岔子。

早期版本的Vikram著陸器著陸過(guò)程（圖/ISRO）

根據(jù)后期版本的設(shè)計(jì)，著陸器將從30千米高度開(kāi)始“急剎車(chē)”，到7.4千米高度轉(zhuǎn)為精細(xì)制動(dòng)，在2千米高度調(diào)正姿態(tài)、選取著陸點(diǎn)，在100米高度懸停、避障、最后降落。

在精細(xì)制動(dòng)過(guò)程中，著陸器的姿態(tài)應(yīng)該是與豎直方向成50°夾角的，但是遙測(cè)信號(hào)顯示，著陸器在距離地面不到3千米時(shí)是“拿大頂”的。

著陸器“拿大頂”（圖/ISRO直播信號(hào)）

從空間軌跡上看，探測(cè)器從3千米高度開(kāi)始，表示實(shí)際位置的綠線就和表示設(shè)計(jì)值的紅線有明顯分離，最終探測(cè)器在高度還沒(méi)到0的時(shí)候就失聯(lián)了。

著陸器下降軌跡（圖/ISRO直播信號(hào)）

在最關(guān)鍵的時(shí)刻姿態(tài)失控，著陸器根本來(lái)不及修正，來(lái)不及補(bǔ)救。因此可以判定，Vikram著陸器墜毀在月球表面，沒(méi)有完成軟著陸。

不斷變動(dòng)的方案

“月船2號(hào)”的研制過(guò)程可謂一波三折。

早在2007年，“月船1號(hào)”月球探測(cè)器尚未發(fā)射之時(shí)，印度就與俄羅斯方面簽署了協(xié)議，共同開(kāi)發(fā)“月船2號(hào)”，印度提供軌道器和月球車(chē)，俄羅斯負(fù)責(zé)著陸器。

好景不長(zhǎng)，盡管兩國(guó)科學(xué)家完成了方案設(shè)計(jì)，但由于俄羅斯方面的原因，著陸器遲遲無(wú)法交付，印度因此決定獨(dú)立研制著陸器，“月船2號(hào)”進(jìn)度也一拖再拖。

不過(guò)很顯然，在獨(dú)立自主這件事上，只有雄心壯志是不夠的。

月球著陸器的一大核心硬件就是“變推力發(fā)動(dòng)機(jī)”，因?yàn)樵跍p速下降的過(guò)程中，推進(jìn)劑大量消耗，著陸器的質(zhì)量時(shí)刻處在變化中，如果發(fā)動(dòng)機(jī)推力恒定的話，著陸器在最后時(shí)刻非但不能懸停著陸，反而會(huì)因?yàn)橥屏Υ笥谥亓Χ摺?

因此著陸器的主發(fā)動(dòng)機(jī)一定要能夠“節(jié)流”，在一個(gè)很大的范圍內(nèi)調(diào)整推力。美國(guó)、蘇聯(lián)和中國(guó)在登月過(guò)程中都研發(fā)了具有節(jié)流能力的變推力發(fā)動(dòng)機(jī)，其中以阿波羅計(jì)劃的登月艙下降級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)（LMDE）最為典型。幾十年后，這種節(jié)流技術(shù)被SpaceX繼承，用于火箭回收。

阿波羅登月艙的下降級(jí)（圖/NASA）

但印度實(shí)在是沒(méi)有這項(xiàng)技術(shù)，因此只能另辟蹊徑。

一方面，印度空間研究組織（ISRO）將手中用于地球衛(wèi)星的440N遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)升級(jí)到800N推力，另一方面也為這種新發(fā)動(dòng)機(jī)賦予了一定變推力能力。

不過(guò)顯然，800N發(fā)動(dòng)機(jī)的變推力能力是有限的，遠(yuǎn)不能支持總重超過(guò)1000千克的Vikram著陸器。

因此印度科學(xué)家只好給著陸器安裝了4臺(tái)800N發(fā)動(dòng)機(jī)，在初步減速時(shí)全開(kāi)，懸停避障時(shí)只開(kāi)兩臺(tái)。

懸停避障階段的著陸器（圖/ISRO）

這個(gè)方案聽(tīng)起來(lái)挺巧妙，但到了2018年6月，科學(xué)家們決定改動(dòng)Vikram著陸器的著陸程序，從與軌道器分離后直接降落改為先環(huán)繞月球幾圈。這樣必須增加第五臺(tái)800N發(fā)動(dòng)機(jī)，在距離月球10米左右單獨(dú)點(diǎn)火，才能保證安全。

早期的著陸器底部設(shè)計(jì)，可見(jiàn)只有四臺(tái)800N發(fā)動(dòng)機(jī)（圖/ISRO）

等等……之前研究了幾年的的方案是分離以后一頭扎下去嗎？

是的，所以在發(fā)射前一年大家覺(jué)得這樣不好，得改。

反正改的又不止發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)。

加了第五臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，原來(lái)的燃料不夠了怎么辦？改——多加兩個(gè)燃料箱。

之前的著陸器支撐腿感覺(jué)有點(diǎn)窄，著陸時(shí)萬(wàn)一降到斜坡上翻了怎么辦？改——從3.6米直徑改成4.34米直徑。

著陸器變重了，軌道器變軌能力跟不上了怎么辦？改——給軌道器也多帶燃料。

軌道器重了，著陸器也重了，原定的GSLV Mk2火箭本來(lái)就弱，現(xiàn)在更不行了怎么辦？改——直接上新研制的GSLV Mk3。

以至于2018年1月，ISRO在美國(guó)會(huì)議上發(fā)布的方案，半年過(guò)后就面目全非。

“月船2號(hào)”新舊任務(wù)設(shè)計(jì)對(duì)比

“月船2號(hào)”探測(cè)器總體方案對(duì)比

不算太大的目標(biāo)

印度在航天領(lǐng)域的雄心壯志，相信各位讀者或多或少都有所耳聞。

盡管嘴上不說(shuō)，但印度的月球探測(cè)計(jì)劃確實(shí)是把中國(guó)的嫦娥工程作為“假想敵”和追趕對(duì)象的。

嫦娥一號(hào)于2007年成功發(fā)射，對(duì)月球進(jìn)行環(huán)繞探測(cè)；一年之后，印度的“月船1號(hào)”探測(cè)器就發(fā)射入軌。

說(shuō)起來(lái)，“月船一號(hào)”還在軌釋放了一個(gè)貼有印度國(guó)旗的月球撞擊器，隨著撞擊器的成功撞月，印度也成為了世界第四個(gè)在月球上留下痕跡的國(guó)家，前三個(gè)分別是蘇聯(lián)、美國(guó)和日本。

“月船1號(hào)”搭載的月球撞擊器（圖/ISRO）

盡管設(shè)計(jì)壽命兩年的“月船1號(hào)”只工作了一年不到就失效了，但印度不考慮備份，第二次探月就要嘗試軟著陸——按照原計(jì)劃，“月船2號(hào)”應(yīng)當(dāng)緊隨中國(guó)的嫦娥三號(hào)完成登月。

印度的著陸器和中國(guó)的嫦娥三號(hào)相比有什么不同呢？

首先，嫦娥三號(hào)不需要軌道器，運(yùn)載火箭直接把嫦娥三號(hào)的遠(yuǎn)地點(diǎn)打到40萬(wàn)千米以上，嫦娥三號(hào)只需要中途修正軌道，然后進(jìn)行近月制動(dòng)就可以。而受限于火箭技術(shù)，“月船2號(hào)”只能進(jìn)入一個(gè)遠(yuǎn)地點(diǎn)4萬(wàn)多千米的超同步轉(zhuǎn)移軌道，需要通過(guò)軌道器實(shí)施多次變軌。

嫦娥三號(hào)與“月船2號(hào)”軌道對(duì)比

其次，中國(guó)為嫦娥三號(hào)研發(fā)了7500N變推力發(fā)動(dòng)機(jī)，推力上看幾乎是印度發(fā)動(dòng)機(jī)的10倍，單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)就能完成從近月制動(dòng)到下降、懸停、降落全程?！霸麓?號(hào)”需要在不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)反復(fù)調(diào)整工作發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)量。

“一臺(tái)頂十臺(tái)”的嫦娥三號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)（圖/中國(guó)空間技術(shù)研究院）

第三，嫦娥三號(hào)有完備的熱控系統(tǒng)，足以應(yīng)對(duì)月晝?cè)乱沟臄?shù)百度溫差，直到今天依然在持續(xù)正常工作。而“月船二號(hào)”并沒(méi)有對(duì)此進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，其壽命只有14天——也就是一個(gè)月晝。

嫦娥三號(hào)的兩相流體回路熱控裝置（圖/中國(guó)空間技術(shù)研究院）

第四，從細(xì)節(jié)上也能明顯體會(huì)到嫦娥三號(hào)設(shè)計(jì)的精妙細(xì)致，比如，“月船二號(hào)”的主承力結(jié)構(gòu)還是一般衛(wèi)星采用的圓柱承力筒，整體重心偏高，所以只能在發(fā)射前一年臨時(shí)更改設(shè)計(jì)，加大了著陸腿展開(kāi)的直徑以確保穩(wěn)定性。而嫦娥三號(hào)的主承力結(jié)構(gòu)是全新設(shè)計(jì)的，推進(jìn)劑貯箱并聯(lián)，大大降低了重心高度。

嫦娥三號(hào)結(jié)構(gòu)布局（圖/中國(guó)空間技術(shù)研究院）

當(dāng)然，“月船2號(hào)”也不缺乏精彩的細(xì)節(jié)，比如印度科學(xué)家對(duì)Pragyan月球車(chē)的輪子就進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，每轉(zhuǎn)一圈，就能在月壤上留下印度國(guó)徽和ISRO標(biāo)志的印記。

印度月球車(chē)的獨(dú)特設(shè)計(jì)（圖/ISRO）

先于中國(guó)把國(guó)旗扔上月球，用月球車(chē)把自己的圖騰印到月球表面，這可能就是印度航天雄心背后的“小確幸”？

這樣的“小確幸”，是印度人民與生俱來(lái)的樂(lè)觀態(tài)度的具體體現(xiàn)。

在“月船2號(hào)”著陸失敗后，一位不愿透露姓名的ISRO官員告訴《印度時(shí)報(bào)》，“月船2號(hào)”任務(wù)只有5%失敗了，因?yàn)槠溆?5%的載荷都在軌道器上。

沒(méi)有能打更高軌道的火箭？沒(méi)關(guān)系，帶軌道器就好

沒(méi)有夠用的變推力發(fā)動(dòng)機(jī)？沒(méi)關(guān)系，多放幾臺(tái)就好。

沒(méi)有余量做完整熱控設(shè)計(jì)？沒(méi)關(guān)系，只活14天就好。

當(dāng)你的目標(biāo)足夠小的時(shí)候，總是能實(shí)現(xiàn)的。

你說(shuō)紙能包住雞嗎？

也可以吧，特別是小小的一塊。

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