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怎么看待印度「月船 2 号」登陆月球失败?
送交者:  2019年09月10日07:50:59 于 [世界军事论坛] 发送悄悄话

怎么看待印度「月船 2 号」登陆月球失败?

分成几个部分来谈。


第一部分:月船二号是啥?

这是印度空间研究组织(ISRO)的第二个月球探测器,距离2008年发射的月船一号已经相距11年之久。不过相比较而言,月船一号只是个围绕月球运转的轨道器,而月船二号是个非常复杂的项目,它包括【1】


a.轨道器,月船二号。重达2.4吨,预计极限工作时间可长达7年,总共携带了8台仪器,都是印度自主研发而来,能覆盖光学成像、对地高分辨率探测、X射线探测、大气成分探测、L/S波段雷达干涉探测等多个月球探测功能,着实是非常强大。

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月船二号轨道器(图源:ISRO)


b.着陆器,维克拉姆号(印度航天之父)。组合体重达1.5吨。着陆阶段:携带了一个高分辨率相机、激光高度计、Ka波段雷达高度计、避障着陆辅助仪器系统、惯性/加速度计导航系统、着陆垂直/水平相机、8个50N姿态控制发动机、5个800N轨道控制发动机。着陆成功后(如果):可以进行月球地震、表面热物理特性分析、月表等离子体分析、激光反射棱镜等。

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月船二号着陆器和巡视器(图源:ISRO)


c.巡视器,普拉刚(梵语智慧的意思),仅重27千克。可以进行阿尔法粒子诱导X射线光谱分析和激光诱导击穿光谱分析。


从这些账面指标来看,三个部分都干货满满。有好几个亮点还是很让人意外的,例如轨道器的高分辨率观测相机分辨率可以达到0.3米、是人类所有月球探测器中最高的一个、比此前最高精度的NASA月球轨道勘察器(LRO-0.5米精度,6亿美元的任务)还要高不少。

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再例如一个小小的巡视器竟然能够进行激光诱导击穿光谱分析,也让人颇为意外,这种技术是通过向指定目标发射高频高能激光束,将材料击穿/气化后进行光谱分析。此前大名鼎鼎的NASA好奇号火星车(25亿美元任务)绝活之一,就是这种看起来非常科幻的技术。


最让人意外的是,它的核心仪器都是印度太空应用中心(SAC)、光电实验室(LEOS)、维克拉姆·萨拉巴伊空间中心(VSSC)做出来的,有这个成就并不简单。


因此,这个任务客观看来:


1.任务水平很高,尤其是轨道器+着陆器+巡视器任务组合,上一个这样做的还是1972年的阿波罗17号任务。科学仪器的整体水平也是非常高的。


2.任务的价格并不高,包括研发、发射和运营的总价格在1.4亿美元左右。按照印度媒体的说法,整个任务比好莱坞拍摄一部《星际穿越》电影的成本都要低。


3.任务难度非常大。无论是组合体三重任务,还是印度航天技术的基底,还是从一次轨道器任务直接跳这么高难度,从各个方面来看完成这个任务都很难。而且着陆器着陆区选择了月球南极附近区域,难度也很大。


第二部分:任务失败了么?

1.轨道器,完全成功,按目前状态来看可以按照预定计划执行任务。相信各个高水平仪器还是能做出很多有创新性的科研成果。


2.着陆器和巡视器:距离月球表面2.1千米高度、在最后阶段失去联络,估计坠毁了。相信最近几天,NASA的月球轨道勘察器和自己的月船二号轨道器路过时,可以带来硬着陆后砸出的痕迹图。


但一个航天任务不能这么简单看,如果看其他相关部分:


3.印度自主研发的地球同步轨道运载火箭III型(GSLV - Mk III)成功执行了目前对它而言最高难度的任务。


4.由于火箭和月船二号自身能力不足,需要进行长期轨道机动才能完成这个任务,对轨道设计、深空导航制导与控制这些“软件“要求非常高。印度完成的还是比较好的,只是最后功亏一篑。

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月船二号机动记录(图源:【3】)


5.科研仪器设备水平。印度航天的几个核心机构都贡献了高水平的科学仪器,水平很高,让人有些意外。


6.国际合作。例如与NASA深空网的合作,它还搭载了NASA提供的月球表面激光反射棱镜,这是NASA唯一一次交由外国探测器、也是后阿波罗时代人类首次有机会放置新的反射镜到月球表面。只是可惜了,着陆失败也没了。


7.科普。我其实挺想把这个放在更靠前的位置,但毕竟不是科研,还是放到最后吧。这次任务跨度时间很长,印度的科普宣传效果是非常好的,无论是全程与国民互动、媒体密集报道,还是直播着陆过程、总理亲临现场,重视程度之高都是很罕见的。


举几个例子:

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社交媒体

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NASA风宣传片

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传统宗教节日庆祝Lalbaugcha Raja(某神)时作为仅次于神的角色出现

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卡通漫画


这次月船二号的科普宣传覆盖范围和影响力是教科书一般,通过各种渠道覆盖了社会各个阶层各个年龄,宣传的重点也包括了任务创新和难度。这也是任务失败后,印度社交媒体并没有出现大规模“定体问”等质疑,更多是包容理解。这种科普宣传生态,是非常值得我们学习的。


从总体而言,当然不能用“失败”二字形容,我认为只能算失败了20%。


第三部分:失败的原因是什么?

现在ISRO还在调查中,不过从目前的情况来看,可以简单推断一下。表象:


1.印度没有变推力的主减速发动机,而是依靠5台仅800N的发动机逐渐工作减速,有点类似猎鹰九号火箭一级返回时9台墨林发动机按数量递减工作减速。但这意味着姿态控制、软件控制难度加大不少,甚至是800N发动机能否一直保持正常工作、抑或是某台出问题,都是风险。


2.这以上有个很重要的原因是俄罗斯。原计划这个任务着陆部分是俄罗斯帮忙完成的,后来由于俄罗斯火星探测任务失利、导致一系列合作终止,任务大幅延期,印度重新研发变推力发动机不太现实,出现了用发动机台数来控制的“赶鸭子上架”情景,危险系数大幅提高。


3.姿控发动机控制问题。着陆过程中如果轨道发动机工作状态突然改变,例如它计划中的从4台切到2台,毫无疑问会对着陆器姿态产生较大扰动。这8台50N级姿控发动机工作状态就会受到极大挑战,目前来看也的确发生了这种情况,甚至是失联前姿态大翻转。


4.月球南极附近着陆难度本来就非常大。此前介绍嫦娥四号时讲过了,那里地形非常复杂。


因而,没有官方结果出来前只是猜测可能原因:轨道控制发动机输出不稳、姿态控制发动机故障、飞行控制软件突发故障等。


第四部分:跟中国嫦娥相比如何?

相信这是很多人感兴趣的地方,先说结论:比我们还有一定距离,但不能用较大差距形容。


运载火箭方面:GSLV - Mk III火箭跟我国长三乙相比还有一定距离,它的同步轨道转移运力仅4吨,根本不足以送这个近3.8吨组合体直入地月转移轨道。长三乙改进型可运近6吨进入同步转移轨道,3.8吨重的嫦娥三/四号也能直送地月转移轨道,不用依靠探测器自己长时间变轨。


例如,月船二号飞了几十天,嫦娥三号和四号仅3天多。

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轨道器方面,并不亚于嫦娥一号和二号,高分辨率相机方面明显优势,总体上略强。


着陆器方面距离嫦娥三号和四号还有一定差距。


最核心的着陆技术。嫦娥三和四都大为成功,嫦娥四号甚至是人类唯一降落在月球背后的着陆器,着陆地是南极-艾特肯盆地,难度更大。二者依靠的就是我国独立自主研发的变推力发动机,其他相关软件和硬件也非常成熟。而且嫦娥能“过夜”。月球上一天一夜是28天,夜晚必须依靠放射性同位素保温。嫦娥三/四,两只玉兔都可以做到,但印度着陆器和巡视器即便成功,也仅计划存活一个白天/14天而已(这也是为什么它们本身能力定位就很有限,即便失败了也并不算“特别大”)。


第五部分:我们能看到什么经验教训?

1.在目前这个阶段,任何一国搞航天、尤其是这种深空探测,都是造福全人类的宝贵科研机会,这是毫无疑问的。无论是美国、俄罗斯、中国、欧盟、日本还是印度、以色列,每一个国家的探测器都是应该祝福成功的,它们都代表了人类渴望探寻宇宙新边界的好奇心与决心。

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人类探月时间线(图源:月球和行星科学研究所LPI)


因而,对印度这次失败,没什么好酸或者鄙视的,我们应该做的不是“精神航天强国”,更不应该通过鄙视一个崛起如何明显的竞争对手来找优越感。


2.登陆月球真的是非常非常难,今年的以色列和印度都失败了,目前世界上还是只有三个国家能做到:苏联、美国、中国。中国的成就,依然让人振奋不已。

3.任何一个航天项目都需要一步一个脚印:印度这次失败的重要原因在于想一步迈一个大的,从月船一号轨道器直接跳到“绕落巡”任务。在技术不够成熟的情况下,失败的可能性自然非常大。这也给我们提了个醒,例如我国2020年的火星探测任务也计划在几乎没有任何基础的情况下实现一次任务“绕落巡”火星。火星探测的难度远远超过月球,为了这个复杂难度极高的计划再多多准备,都是可以商量的,不值得冒失。


4.核心技术必须掌握,且没有捷径。印度这次任务延期如此之久很大程度上因为与俄罗斯合作的不顺利,也没有留足时间做核心发动机研发,这也给我们提了个醒:技术没有捷径。假如我们的火箭发动机还有问题,必须把硬骨头攻克。


5.科普宣传重要性。这次印度月球探测任务的国际影响力和国内影响力都非常大,尤其是失败后国内反而并没有指责的声音,这也是非常值得我们学习的,这一切跟有计划、高水平、多维度的科普宣传相关很大。我们如何从事后的官宣通稿变成真正的科普宣传,还需要考量。


6.科学探索类科学任务。可以想像,印度此次冒失有一个原因在于此前的大自信:曼加里安号曾以极低成本使印度成为亚洲唯一、世界第四个成功探测火星的国家,更是世界唯一首次探测就大获成功的国家,目前已经在火星待了5年多。于此同时,印度还有进展中的金星探测、太阳探测等,相较而言我国并未有明确的立项计划。如何让航天更接近科学,也是个课题。


7.中国航天这些年的成就有目共睹,我们还是对印度保有明显的竞争优势,可是这个差距有在逐渐缩小的趋势,印度这些年航天的亮点越来越多。我们能做的,是进一步尊重人才、增加投入、提高发展速度,别无他法。


参考:

【1】https://www.isro.gov.in/chandrayaan2-payloads

【2】https://timesofindia.indiatimes.com/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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    要看将定义设置在哪一个水平上。 - eastwest 09/10/19 (154)
  科技探索不可能没失败 - eastwest 09/10/19 (144)
    印度的项目从技术上讲不serious,更多是和邻国赌气式竞争  /无内容 - pipeline 09/10/19 (62)
      印度比其他国家看起来有更多的科技挫折应该 - eastwest 09/10/19 (241)
          炎热国家的人性欲高。一热,脑子就不好使,营养就不爱往上面的头 - nowaynoway 09/10/19 (109)
          南洋的华人就比土著勤奋 - eastwest 09/10/19 (106)
            Yes ! 已经融化在血液里,刻在基因上了。哪辣么容易说改 - nowaynoway 09/10/19 (50)
            Yes !  /无内容 - nowaynoway 09/10/19 (10)
          甘地光着上身,就穿个裤衩,还嫌热。你让他们再背上子弹袋啥的搞 - nowaynoway 09/10/19 (86)
        同意,这和智商也有关  /无内容 - 益佰 09/10/19 (29)
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