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俄月球25号失聯,被印度反超!月船三号準備着陸,高度偏低5公裡

作者:人馬座A

印度和俄羅斯的探月大比拼突然反轉!先是俄方宣布月球25号出現突發狀況,8月19日原本向其發出了降軌至18km×100km着陸準備軌道的指令,但月球25号卻沒有執行。

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發生這種情況,最壞的情況是無法登月,最好的情況是恢複控制,但落月時間肯定會延遲,不管怎麼樣,月球25号幾乎肯定要被月船三号反超。最新消息證明了這種猜測,俄方宣布月球25号已經失聯,有可能是走到了錯誤的軌道上,直接撞月了!

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與突發故障的月球25号形成鮮明對比的是,印度的月船三号高歌猛進,在8月20日淩晨成功将軌道由113k×157km降到了25km×134km,進入了預着陸軌道,這真是有點出乎意料,相當于将近地點下降了90km左右,順帶還降了遠地點,真不知道印度是如何一把就做到的。接下來月船三号不會再有什麼降軌操作,而是會準備開始軟着陸過程,預計在8月23日着陸。

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這簡直是飛走的鴨子又飛回來了!印度的運氣好到爆棚,假如俄羅斯的月球25号不出問題,原來應該會在8月21日着陸,直接将人類首次在月球南極附近軟着陸的榮譽給搶走。沒想到一直磨磨蹭蹭的月船三号來了個龜兔賽跑,一度落後的它現在反而領先了,一衆印度網友頓時欣喜若狂。

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那麼月船三号成功着陸真的已經闆上釘釘了嗎?恐怕沒那麼簡單,從它現在公布的軌道資料來看,這裡面還隐藏着一個大隐患:與預期的30km×100km預着陸的軌道相差比較大,遠月點過高,而近月點又過低。遠月點高了34公裡倒是問題不大,隻是将近月點的速度增加了11米/秒左右,減速時調整過來應該不難。但近月點高度比預計值少了5公裡,卻是個巨大的麻煩。

有些網友可能覺得不就5公裡嘛,有什麼大驚小怪的,4年前月船二号的預着陸軌道是36km×110公裡,不也比原定的30公裡高6公裡嘛。但您要知道,月船二号高了6公裡還能補救,月船三号低了5公裡,卻會對着陸過程造成巨大影響,不知道印度人有沒有準備這樣的預案。

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筆者從網絡上找到了一張月船三号軟着陸的詳細過程圖解,像是出自月船三号團隊之手。從圖上看,月船三号的動力下降過程分成三個階段:主減速段、姿态保持段和精細減速段。主減速段耗時長達690秒,将着陸器的速度由1.68公裡/秒減小到了水準方向358米/秒、垂直方向61米/秒。

而在這個過程中,着陸器的高度也将發生明顯變化,由預定的30公裡下降到7.4公裡,共下降了22.6公裡。為什麼會耗時長達690秒呢?這是由于月船三号的4台主動機太孱弱了,單台最大推力隻有800N,總推力隻有3200N,還不到大陸嫦娥三号、四号所用的7500N變推力發動機的一半。

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嫦娥三号、四号憑借強大的主發動機,可以實作快速減速,是以會在距離月面15公裡高度才開始動力下降。印度月船三号就不能這樣幹,由于發動機推力不足,減速太慢,如果它也在15公裡開始下降,還沒等把水準方向的速度降下來,着陸器就要“硬着陸”了。

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于是月船三号選擇了更為保險的30公裡高度,這樣就會有足夠的時間來減速,當水準速度降到358米/秒時,高度還有7.4公裡,經過姿态保持段後,還能剩下6.8公裡,能夠從容地開展懸停避障和精細的減速刹車。然而現在月船三号實際的軌道高度是25公裡,一切就全變了。

如果主減速段仍然按照原計劃來執行,着陸器在此階段需要下降22.6公裡,那麼高度就隻剩下2.4公裡,離“撞月”已經不遠了。而且此時着陸器的速度還相當高,用2.4公裡這麼一個極小的高度區間,去完成下一步複雜的避障和減速,顯然是強人所難。

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那應該怎麼辦呢?顯然不能再按原計劃,得把這5公裡找補回來。如果要求主減速段完成後仍然保持7.4公裡的高度,那麼這一階段的高度下降就隻能是17.6公裡,這就意味着着陸器的發動機噴口要更多的向下偏轉,以減小垂直方向的加速,讓高度掉得慢一些。

但剛才說過印度的800N發動機推力是很小的,在主減速段本來就得火力全開,如果更多的向下噴,那水準方向的推力就會減弱,使得主減速段的時間更加拉長。這樣做的一個嚴重後果就是會讓着陸器錯過預定的着陸點。雖然印度人宣稱月船三号能夠在預定着陸區之外“随機着陸”,但要是真攤上了這樣的事,以印度飛船的可靠性,成敗可就玄乎了。

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如果維持主減速段690秒的時間大緻不變呢?這樣做會使主減速段結束之後水準速度過高,必須要在精細減速階段将這個水準速度降到零,要不然同樣也會錯過預定着陸點。但這麼做就又需要讓着陸器發動機噴口更加偏向水準,進而使垂直方向的推力減小。

或者是在垂直方向不需要很大推力的時候,利用800N發動機的變推力能力,增加水準方向的推力,但這樣做會消耗更多的燃料,再加上他們的800N發動機推力調節能力本來就很弱,同樣會對最後的軟着陸過程造成巨大的不利影響。

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4年前的月船二号,在主減速段工作得還不錯,但是當着陸器速度降到146米/秒之後,出現了減速過快的問題,随之産生了控制方面的故障,導緻着陸器發生翻滾,并在距月面2.1公裡時推動了信号,最終一頭栽向了月球。

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現在月船三号的高度又低了5公裡,不管采取什麼樣的補救措施,其動力下降過程都會與預定計劃發生偏移。有可能也能軟着陸成功,但卻會增加風險和難度。相信ISRO應該事先準備了應對軌道高度過低的預案,但印度航天的紀錄表明,他們在應對突發情況時的能力是堪憂的。

俄月球25号失聯,被印度反超!月船三号準備着陸,高度偏低5公裡

是以說,雖然現在月船三号暫時領先了出問題的俄月球25号,似乎距離首次着陸月球南極附近的榮譽隻有一步之遙,但現在月船三号的狀态也不算樂觀,不要高興得太早。如果俄印兩國本次探月行動雙雙失敗的話,那隻能說明探月是一項高難度的項目,對技術實力的要求很高,要做到可不是那麼容易的。

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