【文/ 觀察者網(wǎng)專欄作者 石豪】

北京時間9月7日凌晨4:45，備受關(guān)注的印度“月船2號”探月迎來大結(jié)局，著陸器在距離月面僅2.1千米時與地面失去聯(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

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

“月船2號”軌道示意圖（圖/ISRO）

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

“月船2號”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，還會在軟著陸后釋放出名為“Pragyan”的小型月球車。

Vikram著陸器（左）與Pragyan月球車（右）（圖/ISRO）

從發(fā)射到落月，一切進行的都很順利，看起來印度即將成為第四個實現(xiàn)月球軟著陸的國家。

但偏偏在最后時刻出了岔子。

早期版本的Vikram著陸器著陸過程（圖/ISRO）

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

在精細制動過程中，著陸器的姿態(tài)應(yīng)該是與豎直方向成50°夾角的，但是遙測信號顯示，著陸器在距離地面不到3千米時是“拿大頂”的。

著陸器“拿大頂”（圖/ISRO直播信號）

從空間軌跡上看，探測器從3千米高度開始，表示實際位置的綠線就和表示設(shè)計值的紅線有明顯分離，最終探測器在高度還沒到0的時候就失聯(lián)了。

著陸器下降軌跡（圖/ISRO直播信號）

在最關(guān)鍵的時刻姿態(tài)失控，著陸器根本來不及修正，來不及補救。因此可以判定，Vikram著陸器墜毀在月球表面，沒有完成軟著陸。

不斷變動的方案

“月船2號”的研制過程可謂一波三折。

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

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

不過很顯然，在獨立自主這件事上，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)動機”，因為在減速下降的過程中，推進劑大量消耗，著陸器的質(zhì)量時刻處在變化中，如果發(fā)動機推力恒定的話，著陸器在最后時刻非但不能懸停著陸，反而會因為推力大于重力而升高。

因此著陸器的主發(fā)動機一定要能夠“節(jié)流”，在一個很大的范圍內(nèi)調(diào)整推力。美國、蘇聯(lián)和中國在登月過程中都研發(fā)了具有節(jié)流能力的變推力發(fā)動機，其中以阿波羅計劃的登月艙下降級發(fā)動機（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（圖/NASA）

但印度實在是沒有這項技術(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遠地點發(fā)動機升級到800N推力，另一方面也為這種新發(fā)動機賦予了一定變推力能力。

不過顯然，800N發(fā)動機的變推力能力是有限的，遠不能支持總重超過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800N發(fā)動機，在初步減速時全開，懸停避障時只開兩臺。

懸停避障階段的著陸器（圖/ISRO）

這個方案聽起來挺巧妙，但到了2018年6月，科學(xué)家們決定改動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800N發(fā)動機，在距離月球10米左右單獨點火，才能保證安全。

早期的著陸器底部設(shè)計，可見只有四臺800N發(fā)動機（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)射前一年大家覺得這樣不好，得改。

反正改的又不止發(fā)動機一個。

加了第五臺發(fā)動機，原來的燃料不夠了怎么辦？改——多加兩個燃料箱。

之前的著陸器支撐腿感覺有點窄，著陸時萬一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在美國會議上發(fā)布的方案，半年過后就面目全非。

“月船2號”新舊任務(wù)設(shè)計對比

“月船2號”探測器總體方案對比

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，但印度的月球探測計劃確實是把中國的嫦娥工程作為“假想敵”和追趕對象的。

嫦娥一號于2007年成功發(fā)射，對月球進行環(huán)繞探測；一年之后，印度的“月船1號”探測器就發(fā)射入軌。

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

“月船1號”搭載的月球撞擊器（圖/ISRO）

盡管設(shè)計壽命兩年的“月船1號”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——按照原計劃，“月船2號”應(yīng)當(dāng)緊隨中國的嫦娥三號完成登月。

印度的著陸器和中國的嫦娥三號相比有什么不同呢？

首先，嫦娥三號不需要軌道器，運載火箭直接把嫦娥三號的遠地點打到40萬千米以上，嫦娥三號只需要中途修正軌道，然后進行近月制動就可以。而受限于火箭技術(shù)，“月船2號”只能進入一個遠地點4萬多千米的超同步轉(zhuǎn)移軌道，需要通過軌道器實施多次變軌。

嫦娥三號與“月船2號”軌道對比

其次，中國為嫦娥三號研發(fā)了7500N變推力發(fā)動機，推力上看幾乎是印度發(fā)動機的10倍，單臺發(fā)動機就能完成從近月制動到下降、懸停、降落全程?！霸麓?號”需要在不同時間節(jié)點反復(fù)調(diào)整工作發(fā)動機的數(shù)量。

“一臺頂十臺”的嫦娥三號發(fā)動機（圖/中國空間技術(shù)研究院）

第三，嫦娥三號有完備的熱控系統(tǒng)，足以應(yīng)對月晝月夜的數(shù)百度溫差，直到今天依然在持續(xù)正常工作。而“月船二號”并沒有對此進行特殊設(shè)計，其壽命只有14天——也就是一個月晝。

嫦娥三號的兩相流體回路熱控裝置（圖/中國空間技術(shù)研究院）

第四，從細節(jié)上也能明顯體會到嫦娥三號設(shè)計的精妙細致，比如，“月船二號”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)射前一年臨時更改設(shè)計，加大了著陸腿展開的直徑以確保穩(wěn)定性。而嫦娥三號的主承力結(jié)構(gòu)是全新設(shè)計的，推進劑貯箱并聯(lián)，大大降低了重心高度。

嫦娥三號結(jié)構(gòu)布局（圖/中國空間技術(shù)研究院）

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

印度月球車的獨特設(shè)計（圖/ISRO）

先于中國把國旗扔上月球，用月球車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的樂觀態(tài)度的具體體現(xiàn)。

在“月船2號”著陸失敗后，一位不愿透露姓名的ISRO官員告訴《印度時報》，“月船2號”任務(wù)只有5%失敗了，因為其余95%的載荷都在軌道器上。

沒有能打更高軌道的火箭？沒關(guān)系，帶軌道器就好

沒有夠用的變推力發(fā)動機？沒關(guān)系，多放幾臺就好。

沒有余量做完整熱控設(shè)計？沒關(guān)系，只活14天就好。

當(dāng)你的目標(biāo)足夠小的時候，總是能實現(xiàn)的。

你說紙能包住雞嗎？

也可以吧，特別是小小的一塊。

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