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怎么看待印度「月船 2 號」登陸月球失???

 祝冀館藏 2019-09-10

分成幾個部分來談。

第一部分:月船二號是啥?

這是印度空間研究組織(ISRO)的第二個月球探測器,距離2008年發(fā)射的月船一號已經(jīng)相距11年之久。不過相比較而言,月船一號只是個圍繞月球運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道器,而月船二號是個非常復(fù)雜的項(xiàng)目,它包括【1】

a.軌道器,月船二號。重達(dá)2.4噸,預(yù)計(jì)極限工作時(shí)間可長達(dá)7年,總共攜帶了8臺儀器,都是印度自主研發(fā)而來,能覆蓋光學(xué)成像、對地高分辨率探測、X射線探測、大氣成分探測、L/S波段雷達(dá)干涉探測等多個月球探測功能,著實(shí)是非常強(qiáng)大。

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月船二號軌道器(圖源:ISRO)

b.著陸器,維克拉姆號(印度航天之父)。組合體重達(dá)1.5噸。著陸階段:攜帶了一個高分辨率相機(jī)、激光高度計(jì)、Ka波段雷達(dá)高度計(jì)、避障著陸輔助儀器系統(tǒng)、慣性/加速度計(jì)導(dǎo)航系統(tǒng)、著陸垂直/水平相機(jī)、8個50N姿態(tài)控制發(fā)動機(jī)、5個800N軌道控制發(fā)動機(jī)。著陸成功后(如果):可以進(jìn)行月球地震、表面熱物理特性分析、月表等離子體分析、激光反射棱鏡等。

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月船二號著陸器和巡視器(圖源:ISRO)

c.巡視器,普拉剛(梵語智慧的意思),僅重27千克??梢赃M(jìn)行阿爾法粒子誘導(dǎo)X射線光譜分析和激光誘導(dǎo)擊穿光譜分析。

從這些賬面指標(biāo)來看,三個部分都干貨滿滿。有好幾個亮點(diǎn)還是很讓人意外的,例如軌道器的高分辨率觀測相機(jī)分辨率可以達(dá)到0.3米、是人類所有月球探測器中最高的一個、比此前最高精度的NASA月球軌道勘察器(LRO-0.5米精度,6億美元的任務(wù))還要高不少。

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再例如一個小小的巡視器竟然能夠進(jìn)行激光誘導(dǎo)擊穿光譜分析,也讓人頗為意外,這種技術(shù)是通過向指定目標(biāo)發(fā)射高頻高能激光束,將材料擊穿/氣化后進(jìn)行光譜分析。此前大名鼎鼎的NASA好奇號火星車(25億美元任務(wù))絕活之一,就是這種看起來非??苹玫募夹g(shù)。

最讓人意外的是,它的核心儀器都是印度太空應(yīng)用中心(SAC)、光電實(shí)驗(yàn)室(LEOS)、維克拉姆·薩拉巴伊空間中心(VSSC)做出來的,有這個成就并不簡單。

因此,這個任務(wù)客觀看來:

1.任務(wù)水平很高,尤其是軌道器+著陸器+巡視器任務(wù)組合,上一個這樣做的還是1972年的阿波羅17號任務(wù)。科學(xué)儀器的整體水平也是非常高的。

2.任務(wù)的價(jià)格并不高,包括研發(fā)、發(fā)射和運(yùn)營的總價(jià)格在1.4億美元左右。按照印度媒體的說法,整個任務(wù)比好萊塢拍攝一部《星際穿越》電影的成本都要低。

3.任務(wù)難度非常大。無論是組合體三重任務(wù),還是印度航天技術(shù)的基底,還是從一次軌道器任務(wù)直接跳這么高難度,從各個方面來看完成這個任務(wù)都很難。而且著陸器著陸區(qū)選擇了月球南極附近區(qū)域,難度也很大。

第二部分:任務(wù)失敗了么?

1.軌道器,完全成功,按目前狀態(tài)來看可以按照預(yù)定計(jì)劃執(zhí)行任務(wù)。相信各個高水平儀器還是能做出很多有創(chuàng)新性的科研成果。

2.著陸器和巡視器:距離月球表面2.1千米高度、在最后階段失去聯(lián)絡(luò),估計(jì)墜毀了。相信最近幾天,NASA的月球軌道勘察器和自己的月船二號軌道器路過時(shí),可以帶來硬著陸后砸出的痕跡圖。

但一個航天任務(wù)不能這么簡單看,如果看其他相關(guān)部分:

3.印度自主研發(fā)的地球同步軌道運(yùn)載火箭III型(GSLV - Mk III)成功執(zhí)行了目前對它而言最高難度的任務(wù)。

4.由于火箭和月船二號自身能力不足,需要進(jìn)行長期軌道機(jī)動才能完成這個任務(wù),對軌道設(shè)計(jì)、深空導(dǎo)航制導(dǎo)與控制這些“軟件“要求非常高。印度完成的還是比較好的,只是最后功虧一簣。

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月船二號機(jī)動記錄(圖源:【3】)

5.科研儀器設(shè)備水平。印度航天的幾個核心機(jī)構(gòu)都貢獻(xiàn)了高水平的科學(xué)儀器,水平很高,讓人有些意外。

6.國際合作。例如與NASA深空網(wǎng)的合作,它還搭載了NASA提供的月球表面激光反射棱鏡,這是NASA唯一一次交由外國探測器、也是后阿波羅時(shí)代人類首次有機(jī)會放置新的反射鏡到月球表面。只是可惜了,著陸失敗也沒了。

7.科普。我其實(shí)挺想把這個放在更靠前的位置,但畢竟不是科研,還是放到最后吧。這次任務(wù)跨度時(shí)間很長,印度的科普宣傳效果是非常好的,無論是全程與國民互動、媒體密集報(bào)道,還是直播著陸過程、總理親臨現(xiàn)場,重視程度之高都是很罕見的。

舉幾個例子:

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社交媒體

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NASA風(fēng)宣傳片

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傳統(tǒng)宗教節(jié)日慶祝Lalbaugcha Raja(某神)時(shí)作為僅次于神的角色出現(xiàn)

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卡通漫畫

這次月船二號的科普宣傳覆蓋范圍和影響力是教科書一般,通過各種渠道覆蓋了社會各個階層各個年齡,宣傳的重點(diǎn)也包括了任務(wù)創(chuàng)新和難度。這也是任務(wù)失敗后,印度社交媒體并沒有出現(xiàn)大規(guī)?!岸w問”等質(zhì)疑,更多是包容理解。這種科普宣傳生態(tài),是非常值得我們學(xué)習(xí)的。

從總體而言,當(dāng)然不能用“失敗”二字形容,我認(rèn)為只能算失敗了20%。

第三部分:失敗的原因是什么?

現(xiàn)在ISRO還在調(diào)查中,不過從目前的情況來看,可以簡單推斷一下。表象:

1.印度沒有變推力的主減速發(fā)動機(jī),而是依靠5臺僅800N的發(fā)動機(jī)逐漸工作減速,有點(diǎn)類似獵鷹九號火箭一級返回時(shí)9臺墨林發(fā)動機(jī)按數(shù)量遞減工作減速。但這意味著姿態(tài)控制、軟件控制難度加大不少,甚至是800N發(fā)動機(jī)能否一直保持正常工作、抑或是某臺出問題,都是風(fēng)險(xiǎn)。

2.這以上有個很重要的原因是俄羅斯。原計(jì)劃這個任務(wù)著陸部分是俄羅斯幫忙完成的,后來由于俄羅斯火星探測任務(wù)失利、導(dǎo)致一系列合作終止,任務(wù)大幅延期,印度重新研發(fā)變推力發(fā)動機(jī)不太現(xiàn)實(shí),出現(xiàn)了用發(fā)動機(jī)臺數(shù)來控制的“趕鴨子上架”情景,危險(xiǎn)系數(shù)大幅提高。

3.姿控發(fā)動機(jī)控制問題。著陸過程中如果軌道發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)突然改變,例如它計(jì)劃中的從4臺切到2臺,毫無疑問會對著陸器姿態(tài)產(chǎn)生較大擾動。這8臺50N級姿控發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)就會受到極大挑戰(zhàn),目前來看也的確發(fā)生了這種情況,甚至是失聯(lián)前姿態(tài)大翻轉(zhuǎn)。

4.月球南極附近著陸難度本來就非常大。此前介紹嫦娥四號時(shí)講過了,那里地形非常復(fù)雜。

因而,沒有官方結(jié)果出來前只是猜測可能原因:軌道控制發(fā)動機(jī)輸出不穩(wěn)、姿態(tài)控制發(fā)動機(jī)故障、飛行控制軟件突發(fā)故障等。

第四部分:跟中國嫦娥相比如何?

相信這是很多人感興趣的地方,先說結(jié)論:比我們還有一定距離,但不能用較大差距形容。

運(yùn)載火箭方面:GSLV - Mk III火箭跟我國長三乙相比還有一定距離,它的同步軌道轉(zhuǎn)移運(yùn)力僅4噸,根本不足以送這個近3.8噸組合體直入地月轉(zhuǎn)移軌道。長三乙改進(jìn)型可運(yùn)近6噸進(jìn)入同步轉(zhuǎn)移軌道,3.8噸重的嫦娥三/四號也能直送地月轉(zhuǎn)移軌道,不用依靠探測器自己長時(shí)間變軌。

例如,月船二號飛了幾十天,嫦娥三號和四號僅3天多。

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軌道器方面,并不亞于嫦娥一號和二號,高分辨率相機(jī)方面明顯優(yōu)勢,總體上略強(qiáng)。

著陸器方面距離嫦娥三號和四號還有一定差距。

最核心的著陸技術(shù)。嫦娥三和四都大為成功,嫦娥四號甚至是人類唯一降落在月球背后的著陸器,著陸地是南極-艾特肯盆地,難度更大。二者依靠的就是我國獨(dú)立自主研發(fā)的變推力發(fā)動機(jī),其他相關(guān)軟件和硬件也非常成熟。而且嫦娥能“過夜”。月球上一天一夜是28天,夜晚必須依靠放射性同位素保溫。嫦娥三/四,兩只玉兔都可以做到,但印度著陸器和巡視器即便成功,也僅計(jì)劃存活一個白天/14天而已(這也是為什么它們本身能力定位就很有限,即便失敗了也并不算“特別大”)。

第五部分:我們能看到什么經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)?

1.在目前這個階段,任何一國搞航天、尤其是這種深空探測,都是造福全人類的寶貴科研機(jī)會,這是毫無疑問的。無論是美國、俄羅斯、中國、歐盟、日本還是印度、以色列,每一個國家的探測器都是應(yīng)該祝福成功的,它們都代表了人類渴望探尋宇宙新邊界的好奇心與決心。

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人類探月時(shí)間線(圖源:月球和行星科學(xué)研究所LPI)

因而,對印度這次失敗,沒什么好酸或者鄙視的,我們應(yīng)該做的不是“精神航天強(qiáng)國”,更不應(yīng)該通過鄙視一個崛起如何明顯的競爭對手來找優(yōu)越感。

2.登陸月球真的是非常非常難,今年的以色列和印度都失敗了,目前世界上還是只有三個國家能做到:蘇聯(lián)、美國、中國。中國的成就,依然讓人振奮不已。

3.任何一個航天項(xiàng)目都需要一步一個腳?。河《冗@次失敗的重要原因在于想一步邁一個大的,從月船一號軌道器直接跳到“繞落巡”任務(wù)。在技術(shù)不夠成熟的情況下,失敗的可能性自然非常大。這也給我們提了個醒,例如我國2020年的火星探測任務(wù)也計(jì)劃在幾乎沒有任何基礎(chǔ)的情況下實(shí)現(xiàn)一次任務(wù)“繞落巡”火星。火星探測的難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過月球,為了這個復(fù)雜難度極高的計(jì)劃再多多準(zhǔn)備,都是可以商量的,不值得冒失。

4.核心技術(shù)必須掌握,且沒有捷徑。印度這次任務(wù)延期如此之久很大程度上因?yàn)榕c俄羅斯合作的不順利,也沒有留足時(shí)間做核心發(fā)動機(jī)研發(fā),這也給我們提了個醒:技術(shù)沒有捷徑。假如我們的火箭發(fā)動機(jī)還有問題,必須把硬骨頭攻克。

5.科普宣傳重要性。這次印度月球探測任務(wù)的國際影響力和國內(nèi)影響力都非常大,尤其是失敗后國內(nèi)反而并沒有指責(zé)的聲音,這也是非常值得我們學(xué)習(xí)的,這一切跟有計(jì)劃、高水平、多維度的科普宣傳相關(guān)很大。我們?nèi)绾螐氖潞蟮墓傩ǜ遄兂烧嬲目破招麄鳎€需要考量。

6.科學(xué)探索類科學(xué)任務(wù)??梢韵胂瘢《却舜蚊笆в幸粋€原因在于此前的大自信:曼加里安號曾以極低成本使印度成為亞洲唯一、世界第四個成功探測火星的國家,更是世界唯一首次探測就大獲成功的國家,目前已經(jīng)在火星待了5年多。于此同時(shí),印度還有進(jìn)展中的金星探測、太陽探測等,相較而言我國并未有明確的立項(xiàng)計(jì)劃。如何讓航天更接近科學(xué),也是個課題。

7.中國航天這些年的成就有目共睹,我們還是對印度保有明顯的競爭優(yōu)勢,可是這個差距有在逐漸縮小的趨勢,印度這些年航天的亮點(diǎn)越來越多。我們能做的,是進(jìn)一步尊重人才、增加投入、提高發(fā)展速度,別無他法。

參考:

【1】https://www./chandrayaan2-payloads

【2】https://timesofindia./home/science/chandrayaan-2-mission-cheaper-than-hollywood-film-interstellar/articleshow/62990361.cms

【3】Live media coverage of the landing of Chandrayaan-2 on lunar surface

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