“月船2號”功敗垂成如何看待印度的首次登月
“在這勇敢的時刻,我們將會再次勇敢。”這是印度總理莫迪在“月船2號”著陸器失聯後對參與任務科學家說的一句話。對於印度航天來說,9月7日是一個高興不起來的日子。當地時間7日凌晨2:15(北京時間7日凌晨4:45)左右,印度空間研究組織(IRSO)宣布,印度“月船2號”著陸器在距離月球表面2.1公里的時候失去了信號。這意味著印度歷史上首次月球軟著陸任務以失敗告終。
當月球軟著陸任務失敗後,網絡上的言論有鼓勵、有惋惜,也有揶揄和諷刺。那麼,如何盡量客觀看待印度此次“月船2”號月球探測任務,筆者談談自己的觀點,拋磚引玉。
“月船2號”上的“維克拉姆”著陸器
大火箭進步顯著
“月船2號”探測器重達3.85噸,是印度自行發射的重量最大的航天器,它使用印度自行研製的GSLV-MK3火箭發射,這是GSLV-MK3大火箭的第三次發射和首次實用業務發射。無論“月船2號”探測器成就如何,僅僅把它成功送上太空,就已經表明印度航天發展前進了一大步。
GSLV-MK3火箭是印度目前運載能力最大的火箭
印度原有的GSLV-MK2火箭同步轉移軌道運力僅有2噸多,導致印度不少大型衛星要用外國火箭發射,而月球探測作為提振民心士氣、彰顯國家榮譽的工程,使用外國火箭發射顯然不太合適,好在GSLV-MK3火箭及時完成研製試驗,趕上了“月船2號”探測器的發射。
GSLV-MK3火箭由兩個S-200大型固體助推器,外加L110芯一級和L25芯二級三部分組成,S-200表示固體助推器裝藥量約200噸,L110表示裝有約110噸液體推進劑,L25則是裝有約25噸液體推進劑,不過芯級的推進劑並不相同:芯一級L110是偏二甲肼和四氧化二氮的常溫推進劑,而芯二級L25是液氧液氫推進劑。GSLV-MK3火箭起飛重量640噸,具有將8噸載荷送入600公里高度近地軌道,或是4噸級的同步轉移軌道運力,它的出現讓印度火箭的運載能力幾乎翻番,L110芯一級還在印度火箭中首次使用液體發動機並聯設計,L25芯二級使用印度自行研製的20噸級CE-20液氧液氫發動機,這都是印度在航天技術的重大進步。
GSLV-MK3火箭無論是2014年底的半箭試飛,還是2017年和2018年的兩次試驗性發射都獲得成功。“月船2號”探測器原定7月15日發射,但起飛前火箭L25低溫氫氧級出現氦增壓系統洩漏的故障,印度航天人一周內就解決完畢並在22日發射成功,從此看出,印度航天在火箭綜合水平上的進步還是十分明顯的。
火箭整流罩裡面的“月船2號”
探測器物美價廉
“月船2號”探測器也有自己的過人之處,印度空間研究組織(ISRO)表示,“月船2號”任務耗資僅為97.8億盧比(約合1.42億美元),更令人震驚的是“月船2號”探測器本身只花了8700萬美元。要知道“月船2號”探測器可是非常複雜的,包括一個2379千克的軌道器,一個1471千克被命名為“維克拉姆”(Vikram)的著陸器和一個27千克名叫“智慧”( Pragyan)的月球車,三個部分各自帶了不同的探測載荷,著陸器上還有大量的傳感器用於月球軟著陸,這再次體現了印度航天花小錢辦大事的風格。
“月船2號”探測器包括軌道器、“維克拉姆”著陸器和“智慧”號月球車
我們先看“月船2號”的軌道器,它負責從地球軌道到月球軌道的變軌,從重量上說是探測器的大頭。“月船2號”是一次軟著陸任務,最受關注的是“維克拉姆”著陸器和“智慧”月球車,其軌道器的設計也是可圈可點:它設計壽命一年,將使用地形測繪相機(TMC-2)再一次生成月球的三維影像;它還帶了SAR雷達,上次“月船1號”帶了美國的SAR雷達,發現月球極區有水,現在“月船2號”軌道器裝上國產貨,也要看個究竟;它還帶了紅外成像光譜儀以及軟X射線光譜儀,用於探測月球表面的物質成分和分佈;最讓人期待的,是軌道器帶了一部高分辨率相機,號稱能達到0.32米分辨率,要知道美國的LRO探測器也只有0.5米分辨率呢,印度人探月相機做出一個世界第一,若以後對美國“阿波羅”登月艙或是中國“嫦娥三號/四號”進行拍照,這些探測器可能就有不少新照片。
“維克拉姆”著陸器的科學探測儀器沒什麼亮點,但保障軟著陸的傳感器還是有一些亮點。為了保障這次軟著陸,其配備了:位置探測相機、水平速度相機、Ka波段雷達高度計、激光高度計和避障相機,可以說是落月技術的“十八般武器”樣樣具備。從蘇聯的“月球”系列到美國“阿波羅”再到中國的“嫦娥”系列著陸器,也沒有像印度安裝瞭如此多的降落傳感器。軌道器帶了阿爾法粒子X-射線分光儀(APXS)和激光誘導擊穿光譜儀(LIBS),專門用於分析月球表面的物質成分和豐度。印度“月船2號”探測器花這麼點錢,卻能用上這麼多新設備,也算是印度航天后發優勢的一個體現。
月球軟著陸並不容易
9月7日凌晨“維克拉姆”著陸器進行動力下降和月球軟著陸,它裝有5台800牛主發動機和8台50牛姿控發動機,開始下降時外側的四台800牛發動機推力全開,懸停階段開兩台800牛發動機,最後落月只開中央的一台800牛發動機,這是印度變推力發動機不給力的無奈之舉,可能也是印度著陸器落月失敗的禍根。
印度空間研究組織(ISRO)對“維克拉姆”著陸器的落月挑戰進行了直播,著陸器帶著那麼多傳感器,下降過程前期相當順利,但2.1公里高度卻突然失去聯繫,根據印度直播視頻上顯示的飛行軌跡,著陸器隨後偏離預定設計加速下降,這顯然是極不正常的。綜合各方信息,很可能是著陸下降過程中姿態出現問題,本該發動機斜向下工作但姿態失穩變成發動機斜向上,於是失去信號的同時控製程序緊急關機,防止著陸器繼續加速下降。雖然著陸器隨後自動會進行調整,但高度不高也來不及完成正常落月,最終摔在月球表面。
具體來說,導致著陸器軟著陸失敗的原因可能有兩個:一是慣導硬件出問題,輸出了錯誤的姿態信息;或者軟著陸控制算法出了問題,導致姿態異常和落月失敗。今年以色列“創世紀”號由於慣導硬件問題導致登月失敗。印度和以色列登月失敗表明月面軟著陸技術難度還是非常高的,側面也反映中國“嫦娥三號/四號”成功登月非常難得。
結語
航天是高風險事業,失敗在所難免。失敗後找出原因並加以克服,這也是人類在茫茫宇宙中上下求索不斷取得成功的墊腳石。
雖然印度“月船2號”的登陸器軟著陸失敗,但它的軌道器仍然會在軌道上完成不少探測任務,還是能夠提高印度對月球的認識。正式啟動載人航天計劃、向火星發射探測器、探測月球……不得不承認當今的印度航天早已不是昔日的“吳下阿蒙”。