财新传媒
位置:博客 > 大数据文摘 > 印度失联的月球探测器依然成功了95%?那些年我们一起追过的月球

印度失联的月球探测器依然成功了95%?那些年我们一起追过的月球

作者:刘俊寰
 
古往今来,人们对月球一直充满了好奇与幻想,古有“举杯邀明月,对影成三人”、“今人不见古时月,今月曾经照古人”,今有“我望见有两个月亮:一般的样,不同的相”、“我看着月亮;月亮看着我;我向他微笑;她不动声色”等众多诗句寄情。
 
如今航天技术水平不断发展,月亮也逐渐揭开了其神秘的面纱,月下嫦娥终究只是浪漫的神话幻想。
 
上世纪60年代前苏联成为首个在月球上软着陆的国家,美国、中国紧随其后,相继在月球软着陆成功,为深入了解月球做出重大贡献,这在一定程度上激起了人们对月球的探索热情。
 
今年4月,以色列发射首艘登月飞船Beresheet,争做在月球上实现软着陆的第四个国家,但其在距离月球表面约149米高度处与地面控制中心失去联系,宣告失败。
 
7月,印度也不甘示弱,发射了印度第二颗月球探测器“月球2号”,但是……
 
印度月球探测器“月球2号”失联
 
未来相关太空任务已在计划中
 
9月7日,印度月球探测器“月球2号”释放的着陆器尝试在月球的南极区登陆,但是着陆器在距离月球表面2.1公里处,突然与地球失去联系。当时,着陆器距离预订着陆点存在大约1公里的水平偏差。
 
其后一天,印度空间研究组织(ISRO)宣布“月球2号”已经发现了着陆器的位置,但未能确认它的状态,印度科学家们正在试图重新建立起与着陆器的联系。
 
尽管印度空间研究组织一直没有对外宣布登月失败的消息,但是根据当时着陆器的速度及其他相关情况,外界猜测着陆器很可能已经坠毁。
 
针对此次印度登月,NASA在推特上发文对印度登月表示赞赏,并向印度抛出橄榄枝,“期待未来有机会共同探索太阳系”。与其同时,印度计划在明年启动太阳探测计划。
 
而在后期的登月计划中,印度打算与其他国家合作进行。据《印度时报》报道,印度计划于2023年与日本合作再次尝试登月,其中,日本将提供运载火箭和月球车,印度提供着陆器。
 
印度登月“成功了90%~95%”
 
Business Standard报道称,印度太空研究组织主席K Sivan在接受电话采访时表示,“‘月船2号’登月任务是接近100%成功的,整个登月过程中只是最后与着陆器失联,可以说我们的登月计划90%~95%都是成功的,只有最后的5%失败了。”
 
此次印度登月从结果上看虽然以失败告终,但认真分析印度在此次项目中运用到的技术,还是相当具有突破价值。
 
GSLV-MK3火箭
 
本次“月球2号”探测器使用的是印度自行研制的GSLV-MK3火箭发射,这是印度目前运载能力最大的火箭,也是GSLV-MK3大火箭的第三次发射和首次实用业务发射。
 
GSLV-MK3火箭由两个S-200大型固体助推器,外加L110芯一级和L25芯二级三部分组成。起飞重量达640吨,具有将8吨载荷送入600公里高度的近地轨道,或是4吨级的同步转移轨道的运力,它的出现让印度火箭的运载能力几乎翻了番。L110芯一级还在印度火箭中首次使用液体发动机并联设计,L25芯二级使用印度自行研制的20吨级CE-20液氧液氢发动机。
 
无论是2014年底的半箭试飞,还是2017年和2018年的两次试验性发射中,GSLV-MK3火箭的表现都相当不俗。
 
“月球2号”探测器
 
印度登月所使用的“月船2号”探测器重达3.85吨,是印度自行发射的重量最大的航天器,包括一个2379千克的轨道器,一个重量1471千克的着陆器“维克拉姆”(Vikram)和一个重量27千克的月球车“智慧”(Pragyan),三个部分各自带了不同的探测载荷。着陆器上还有大量的传感器用于月球软着陆。
 
印度空间研究组织表示,“月船2号”任务耗资仅97.8亿卢比(约1.42亿美元),连1969年美国航天局阿波罗任务预算的一半都还不到,而“月船2号”探测器本身只花了8700万美元。
 
软着陆
 
在月球表面实现软着陆是相当困难的一件事,因为月球基本没有空气,表面也是坑洼不平,只能依靠反冲火箭的精确控制让着陆器缓慢降落。
 
根据印度媒体披露的信息,“月船2号”着陆器使用多台发动机配合工作进行减速和着陆。这个过程中姿态控制非常关键,特别是由4台发动机转为使用两台对角线发动机进行控制时,十分容易导致姿态控制不稳而“翻船”失控。
 
据此可以大致猜测本次软着陆失败的原因:一是惯导硬件出问题,输出错误的姿态信息;二是软着陆控制算法出了问题,导致姿态异常和落月失败。在以色列的登月计划中正是由于惯导硬件出现问题导致失败。
 
首次尝试南极区登陆
 
印度是第一个尝试在月球南极区进行作战探测的国家。
 
本次登月之所以选在南极,很大原因是目前为止月球南极还处于科研空白状态,印度打算实现“首个在月球南极着陆的国家”的目标。而根据此前全世界科学研究,月球南极可能有水存在。
 
在月球南极着陆比在月球正面着陆要更为困难,因为月球正面正对地球,通信更方便,同时月球正面已经被探测器扫描得很全面,对着陆区的选择相对容易。月球南极由于地形不熟悉,着陆时很可能遇到崎岖不平的地形。
 
前苏联VS美国VS中国:追溯月球软着陆的“初战”历史
 
月球软着陆是指研制和发射月球软着陆器、月球车等。软着陆的目的旨在探测月球表面陆地岩石的化学成分和矿物成分,测定着陆点周围的热流、岩石剩磁等,进行高分辨率摄影和岩石的探测与采样分析,为月球基地的选择提供相应的实地考察数据。
 
截止到目前为止,在月球上成功实现软着陆的只有三个国家:前苏联、美国、中国。
 
前苏联:“月球9号”
 
上世纪50-60年代,由于特殊的社会环境,航天技术代表着一个国家的强大甚至一种制度的优越,尤以美国和苏联为代表,都在航天领域投入了大量的人力、资金展开竞赛。
 
1966年2月,前苏联的月球探测器“月球9号”实现了月球软着陆,于2月3日传回在月面上拍摄的照片,它是人类历史上第一颗在月球软着陆的登陆器。
 
“月球9号”探测器于1966年1月31日发射,经过了79小时的长途飞行,在月球风暴洋附近登陆。
 
着陆后,“月球9号”打开了顶部的4个花瓣状天线向地球发送信号,之后开始对着陆区附近进行相关拍摄工作,向地球传回了月球局部地区的第一批岩石和土壤照片27张。“月球9号”一共工作了四天,到1966年2月7日因电池耗尽结束工作。
 
“月球9号”探测器重1583千克,高2.7米,由登月舱、仪器舱、发动机系统等组成。卵形登月舱质量为100千克,直径58厘米,工作寿命为4天。登月舱是登月任务的核心,上半部分为电视照相机设备,下半部是电池、热控制器、通讯系统。
 
当时不少人认为月球表面柔软易塌陷,宇航员登月需要穿特殊材质的雪鞋,“月球9号”的着陆否定了这一猜测。
 
从1959年1月开始,前苏联共计发射了24颗飞行器对月球进行侦查探索。
 
美国:“勘测者1号”
 
落后于前苏联,1966年5月30日,美国“勘测者1号”在佛罗里达州的卡纳维拉尔角发射,6月2日,在月球风暴洋西南方地区距离预定目的地14公里处登陆。“勘测者1号”的主要目标是传回月面的细节图像,为后续的”阿波罗“计划保驾护航。
 
1966年6月一期《纽约时报》报道了“勘测者1号”登月的过程,其带来的心情起伏程度丝毫不亚于今年的印度登月事件。在休斯飞机公司(“勘测者1号”制作公司)工作过多年的杰克·费希尔回忆道,“勘测者1号”如能落月成功将是个奇迹。
“勘测者1号”的软着陆是通过固体推进剂制动火箭给探测器施加向上的推力并减速实现的,这能让着陆速度降低到每秒约4.4米,比在地球跳伞降落的速度还要低。
 
“勘测者1号”底部有个由3条腿组成的着陆支架,在其腿部完全伸开、天线立起时,该探测器的整体高度可达3.3米。
 
“勘测者1号”在月面上运行了一个晚上,共返回11350张图片,展示了月球表面满是尘埃的平原、数不清的大石头和地平线上低矮的山脉,并顺利完成测温、测距、测光工作,获得了月面雷达反射及落月减震器的受力数据。科研人员由此认定,月面的硬度足以支撑载人飞船和航天员安全着陆。
 
这次任务于7月13日结束,但NASA于1967年1月7日前一直与“勘测者1号”保持着联系。
 
在此后1年多时间里,美国又先后发射了6个勘测者系列月球探测器,其中4个顺利落月。在最后一个“勘测者”完成任务一年半后,“阿波罗11号”载人飞船首次登月成功,“阿波罗12号”载人飞船的登月点正位于“勘测者1号”登陆的风暴洋,登月航天员“探望”了“勘测者3号”,并将它的一些零部件带回了地球。
 
中国:嫦娥三号
 
中国自新世纪以来也逐渐加大了探月工程的发展力度,嫦娥一号、嫦娥二号分别于2007、2010年发射,现已实现绕月环奔,完成既定任务。
 
嫦娥三号探测器于2013年12月2日在中国西昌卫星发射中心由长征三号乙运载火箭送入太空,14日成功软着陆于月球月球虹湾区。这是中国第一个月球软着陆的无人登月探测器,也人类航天器第一次着陆该区域。
 
嫦娥三号探测器由月球软着陆探测器和月面巡视探测器组成。登陆成功后,着陆器巡视器陆续开展了“观天、看地、测月”的科学探测和其它预定任务,取得一定成果。
 
嫦娥三号月球探测器创造了在月工作最长纪录。虹湾位于雨海盆地西北角,雨海是月球表面最大的撞击盆地之一,随处可见年轻的火山岩、岩浆岩,这将带来关于月球形成和演化历史的全新信息。同时嫦娥三号拍摄的月面照片是人类时隔40多年首获的最清晰月面照片。
 
2019年1月3日,嫦娥四号成功着陆在月球背面南极-艾特肯盆地冯·卡门撞击坑的预选着陆区,月球车玉兔二号到达月面开始巡视探测。这是世界首个在月球背面软着陆和巡视探测的航天器,嫦娥四号主要任务是着陆月球表面,继续更深层次更加全面地科学探测月球地质、资源等方面的信息,完善月球的档案资料。
 
根据5月16日《自然》(Nature)发表的论文,嫦娥四号着陆月球背面后所得的测量结果显示,着陆点存在来自月球地幔的物质。同日,中国科学院国家天文台宣布,利用嫦娥四号探测数据,证明了月球背面南极-艾特肯盆地存在以橄榄石和低钙辉石为主的深部物质。
 
未来月球会给人类带来更多科学灵感
 
 
截至目前,人类探索月球的方式可以分为五种:
轨道飞行器,六个航天机构,总共发射了18个绕月轨道飞行器
阿波罗登月任务,阿波罗11号至17号,7次阿波罗任务中,有6次成功,共计12名宇航员登上月球
月球着陆器
勘查采样及样品返回,共计三次月球采样并成功返回地球,分别是“月球16号”,“月球20号”,“月球24号”
月球车
 
虽然今年以色列和印度的登月计划都失败了,但月球上还存在大量未知有待人类探索开发,相信未来会有更多国家投身到月球探索计划中,也相信月球今后能带给人类更多科学灵感。
 
最后,文摘菌也祝大家中秋节快乐,共赏明月的同时也能想到这颗明亮星球背后,无数人的艰辛探索!
 
相关报道:
 
https://www.sciencemag.org/news/2019/09/failure-part-game-indian-spacecraft-presumed-lost-after-moon-landing-attempt
 
https://www.vice.com/en_us/article/wjwj85/india-has-lost-contact-with-its-moon-lander
推荐 1