此刻距離印度月船三號探測器的預定發射時間已不足一天,按照計劃,該探測器將于一個多月后登陸月球正面南半球高緯度預選著陸區。該任務一旦成功,印度將成為當今世界繼我國之后具備月面軟著陸能力的國家,至于歷史上的另外兩個登月國家,它們至今尚未恢復月面軟著陸能力。
前不久,印度空間研究組織掌門人索姆納特接受了航天愛好者Gareeb Scientist的專訪,此次專訪披露了大量關于月船三號的信息,有助于人們更深入地認知印度航天。
月船三號并非印度航天首次登月任務,在此之前還有登月失敗的月船二號任務,兩個探測器整體設計基本保持一致,皆由推進艙、著陸器、月球車組成,月船三號基于月船二號的經驗教訓進行了適應性改進。
月船二號登月失敗的結果:在距離月面2公里以上高度由于軟件故障導致姿態失控,著陸器在月面上空發生了360度翻轉,之后在距月面約2.1公里處與地球失聯,根據NASA的LRO月球勘測軌道飛行器拍攝的遙感圖像顯示,著陸器最終高速撞擊月面。
以往人們普遍認為,月船二號著陸器的下降動力不足,反推發動機也沒有變推力功能,而實際上下降動力在設計上不可能出現推力不足的問題,月船三號著陸器的下降動力由月船二號時期的5臺800N發動機縮減至4臺,取消了著陸器底板中心的一臺800N固定推力發動機,另外他們的800N發動機具備變推力功能,只不過變推力范圍有限,只能在80%至100%之間實現推力變比。
月船三號為什么縮減反推發動機數量?
據索姆納特披露,那臺布置在中間的800N固定推力發動機主要用于吹除著陸點月塵,對著陸任務的成功實施并沒有太大幫助,反而會降低成功率。而且縮比試驗證明沒有第五臺發動機的情況下也是可以接受的。
為什么多一臺發動機反而會降低著陸成功率?
因為這臺發動機的存在意味著著陸程序需要多一個動作,而且這個動作發生在悠關著陸任務成敗的最后關鍵階段,會降低探測器的設計可靠性,也許這臺發動機就是導致月船二號著陸器軟件故障的原因之一。
經過權衡,著陸任務成功要比吹除月塵的權重高得多,因此月船三號著陸器就取消了這臺吹除月塵專用發動機。
與之相比,我們嫦娥系列著陸器的下降動力皆不需要配置吹除月塵專用發動機,因為我們有更大推力且推力變比范圍更大的7500N變推力發動機,該型發動機也是當今世界用于地外天體著陸任務且經過實際任務檢驗推力最大的反推動力,我們一臺發動機的推力就是月船三號4臺800N發動機的兩倍有余。
月船二號與月船三號之所以有吹除月塵需求是因為他們的發動機推力小,需要在著陸器底板四周布置多臺發動機,發動機噴出的羽流相對更加紊亂,月塵干擾會更大。
我們只在著陸器底板中心位置布置1臺反推發動機,推力就足夠,發動機噴射羽流更加可控,月塵干擾更小。
7500N變推力發動機是嫦娥系列著陸器的金牌動力,創造了嫦娥三號、嫦娥四號、嫦娥五號三次登月任務三戰三捷的驕人戰績,這臺發動機也是我們窮十年之功打造出來的,期間的投入與付出之巨都不是如今的印度航天可以企及。
印度軍工體系給人的感覺就是喜歡買買買,凡是自己沒有的,或者自己有但是性能不強的,都可以通過外購引進,他們比曾經的我們更加信奉“造不如買,買不如租”,這主要是因為他們有相對寬松的外部環境導致,但在月船系列著陸器研制任務中印度航天也體會到了“自力更生”的好處。
據索姆納特披露,月船著陸器原本計劃配置進口的激光測速敏感器,但因為買不到而最終放棄,月船三號配置了印度的國產激光測速敏感器。
月船著陸器其實是借鑒了嫦娥系列著陸器基于機器視覺理念的著陸任務設計方案,以嫦娥三號為例,該探測器終結了人造探測器盲降月球的歷史,就是因為它配置了微波測距、微波測速、激光測距、激光三維成像等敏感器輔助修正慣性導航測量單元的估計數據,從而具備了準確感知在登月下降著陸過程中自身的姿態、位置、速度,以及著陸航線下方月面形貌的功能,進而實現極高的登月成功率。
根據印度空間研究組織官網披露的信息可知,月船三號著陸器配置了激光測速敏感器、激光測距敏感器、避障相機,前兩個敏感器可以幫助月船三號在登月過程中準確感知自身的速度與位置,避障相機則可以識別著陸點附近的障礙物。
此配置方案雖然比較完善,但仍然無法與我們相比,月船三號不論是測距還是測速,修正數據渠道單一,一旦某個測量敏感器故障都將直接影響登月成敗,嫦娥三號則是多波束加權修正,比如測距,不僅有激光測距敏感器還有微波測距敏感器,都可以獲得測距信息,設計可靠性更高。
除此之外,我們還獨創了光學敏感器“粗避障”與激光三維成像敏感器“精避障”的“接力避障方案”,可以在距離月面2公里以上高度識別并規避較大的障礙物,還可以在距離月面百米高度懸停使用激光三維成像敏感器獲取著陸區更加精細的三維圖像,并自主選取最終的安全著陸點。相比較而言,月船三號只有基于避障相機的光學粗避障。
至嫦娥五號任務時期,我們又增配了激光測速敏感器,進而實現測距、測速信息的激光與微波兩類敏感器的多重備份,進一步提高了全月面到達能力。
月船三號還增強了通信天線,推進艙進一步強化中繼通信功能,顯然這也是吸取月船二號登月末段通信失聯的教訓,另外還增配了攝像頭,進一步強化可視化工程管控能力,月球車發電量也有提升,可能是換裝了光電轉換效率更高的太陽能電池。
在索姆納特看來,月船三號最重要的改進是有更大的燃料加注量。
月船三號發射全重約3.9噸,其中推進艙2.148噸、著陸器1.726噸、月球車26公斤,之所以這么重,是因為發射月船三號的LVM3-M4火箭的深空軌道運力較弱,只能將探測器發射至繞地球運行的大橢圓軌道,器箭分離后需要月船三號自主變軌切入環月軌道。
為此,月船三號推進艙減去了大量的科學探測載荷,換得更大的燃料加注量,更多的燃料意味著有更強的冗余,是保障任務整體成功的加分項,但此項改進措施并不能為執行登月任務的著陸器加分。
吸取月船二號登月失敗教訓的月船三號,其登月成功率會更高,但與嫦娥三號相比仍有很多欠缺,并不能保證此次登月任務的萬無一失。因此,鑒于月船二號任務高調宣傳又遭遇慘痛失敗的教訓,月船三號這次在宣傳上也學乖了。
索姆納特說,當前采用的宣傳策略會比較保守,只在任務確定成功后才會加大宣傳力度。
發起采訪活動的印度航天愛好者 Gareeb Scientist 還提出了這樣一個涉及中國的問題,他這樣問道,印度有沒有像中國一樣給探測器做備份?主份任務失敗后備份可以頂上,主份任務成功備份還可以執行進一步任務,比如嫦娥四號是嫦娥三號的備份,嫦娥三號主任務成功后,嫦娥四號進一步執行了月球背面登陸任務,還有嫦娥六號是嫦娥五號的備份,嫦娥五號完成月球正面采樣任務后,嫦娥六號將于明年執行月球背面采樣任務。
索姆納特的回答是:沒有,因為預算有限,就是沒錢。
同時,索姆納特還提到,印度未來的月球及其它深空探測任務都還在論證,沒有正式立項的項目,甚至第二次火星探測任務也沒有規劃,因為沒有科學目標,任務規劃無從談起。
這與中國航天的謀定而后動相比截然不同,我們通常是走一步看兩步,甚至是四步、五步。
比如載人航天工程立項之初就確定了“載人為建站,建站為應用”的中長期發展目標,并確定了三步走規劃:
第一步,發射載人飛船,建成初步配套的試驗性載人飛船工程,開展空間應用實驗;
第二步,突破航天員出艙活動技術、空間飛行器的交會對接技術,發射空間實驗室,解決有一定規模的、短期有人照料的空間應用問題;
第三步,建造空間站,解決有較大規模的、長期有人照料的空間應用問題。
有了規劃才有發力的方向,而且隨著時間的推移,規劃還可以根據實際情況進行調整,比如基于立項之初的條件,我們當初只打算建造一座20噸級單艙段空間站,后來調整為三艙空間站,再后來又調整為三艙+光學艙伴飛的空間站方案。
有了目標與規劃才能有的放矢,在階段性目標的牽引下,我們用三十年時間全面建成了中國空間站,并已經進入常態化運營階段。
嫦娥探月工程更是如此,在繞、落、回三步走目標牽引下,嫦娥一號、嫦娥二號、嫦娥三號、嫦娥四號、嫦娥五號T1、嫦娥五號任務接連成功,如期實現了既定的月球采樣返回目標。
在繞、落、回三步走之上,還有“勘、建、用”、“探、登、駐”兩個大三步目標,緊隨嫦娥五號之后立項的探月工程四期任務就服務于這兩個大三步目標,由我國主導的國際月面科研站,以及正在實施的載人登月工程都是上述規劃的任務目標。
由此可見,印度航天與中國航天并不在一個維度,前者沒有規劃后繼乏力,熱衷于某個單項紀錄的刷新,后者則在行穩致遠基礎上大踏步前進。
比如印度的曼加里安號探測器是亞洲第一個成功進入環火星軌道的探測器,但除了拍幾張火星照片之外,所得到的科研數據極為有限,所突破的工程目標也僅僅是在NASA深空測控網幫助下突破了探測器環繞火星飛行的目標,如今曼加里安號已經退役,時隔近十年印度第二個火星探測任務不僅沒有立項,甚至連規劃都沒有。
中國航天基于嫦娥探月三步走技術成果,首次自主火星探測任務就瞄準了一步實現火星繞落巡目標,天問一號探測器的完美成功進一步詮釋了什么叫做行穩致遠。
在天問一號任務成功之后,我們的科研團隊又馬不停蹄地朝著火星采樣返回這一世界級難題發起了沖鋒,預計到2031年前后中國將成為世界第一個拿到火星樣本的國家。
印度航天的問題并不是技術問題,以他們如今的能力,對比我們嫦娥一號任務剛剛實施的時期,發展的基礎條件大致一樣,但我們有科學的規劃、高效的管理、持續提升的國力支撐,這恰恰是印度航天最為欠缺的,如果他們不扎扎實實地補上這些系統性短板,那么,追趕中國航天將永無可能。
我們衷心祝愿月船三號能夠收獲成功,因為這既是亞洲的成功,也是世界科技中心由西向東轉移的量的積累事件。
印度航天也曾有自行車運火箭、牛拉衛星的艱難創業史,如今印度航天也已經成長為世界航天的一支重要力量,只要能夠破除發展的藩籬,他們也會迎來苦難輝煌的明天。
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