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在月表找到的印度探测器,还有救吗

      来源:茨坝网    阅读:4655 次
 

[文/观察网专栏作家李惠超]

随着中国传统节日中秋节的临近,印度人可能不乐意在天上看满月。经过一个半月的飞行时间,印度月球探测器“月球船2号”的着陆器“维克拉姆”(vikram)于9月7日与地面失去了联系,距离月球表面两公里。正当公众舆论普遍认为印度探索月球的梦想破灭时,印度空间研究机构的负责人发布消息称,他们在月球表面发现了着陆器“维克拉姆”,并试图恢复与它的联系。那么,这个失踪了几天的探测器有可能复活吗?

维克拉姆有危险。

尽管印度月球船2的总重量不大,但它设计了轨道飞行器和着陆器。轨道飞行器在绕月轨道上远程探测月球,而着陆器试图在月球南极软着陆,并在月球表面进行科学研究。着陆器失去联系后,通常与着陆器分离的轨道器仍在工作。

据《印度时报》(The Times of India)等媒体报道,该轨道飞行器配备了迄今部署在绕月轨道上的最高分辨率相机,其对月球表面成像的分辨率可达0.3米。借助这台相机发回的照片,印度空间研究机构在月球表面发现了月球飞船2号,并试图恢复与它的通信。

维克拉姆号失事后,印度总理莫迪正在为相关技术人员做思想工作。

但事实上,从这台相机的成像来看,维克拉姆的确切状态可能很难判断。该着陆器的长度、宽度和高度为2.54× 2× 1.2m,根据轨道器的成像分辨率,“维克拉姆”在图像中只能用少于100个像素来表示。目前,普通手机拍摄的照片像素数可以达到1000万以上。只有100个像素,我们只能勉强看到“维克拉姆”没有分崩离析,也不能透露任何关于结构损坏的信息。同时,如果你想与着陆器建立联系,至少着陆器的天线必须面向地球或轨道飞行器,但这些信息可能不是通过有限的图像信息获得的。

维克拉姆月球表面工程设计效果图

一名不愿透露姓名的印度空间研究组织官员告诉《印度时报》,他们认为维克拉姆号(vikram)失踪后,这是一次在月球表面的重新着陆,目前是倾斜的。更通俗的说法是,它落到月球表面并伤害了它的“腿”——着陆缓冲装置。换句话说,尽管维克拉姆没有崩溃,但他已经受了内伤。同时,“维克拉姆”的设计寿命只有一个阴历日,还没有为寒冷的阴历夜设计热控制系统。即使是现在,维克拉姆号可能仍然松了一口气,但也很难度过不到两周的月夜。

简而言之,承载着印度太空强国梦想的维克拉马号可能已经没有运气了。

着陆飞行阶段风险最大。

印度不是唯一未能登上月球的国家。今年4月,以色列贝雷片探测器在月球着陆时因发动机撞击而坠毁。对于月球软着陆的探索,最大的风险和复杂性是探测器减速并从绕月轨道下降,最后以较小的速度软着陆在月球表面的阶段。

登陆月球的探测器通常首先进入环绕月球的轨道,而维持轨道需要相应的速度。着陆前,探测器必须减速准备着陆。由于月球没有大气层,着陆过程必须完全依靠探测器自身引擎的动力输出。以嫦娥三号的工作过程为例。从绕月轨道进入转移轨道后,航天器在离月球表面约15公里处开始减速。在通过快速连接部分从飞行状态转换到准备着陆状态之后,航天器继续接近着陆区,同时检查着陆区的情况,以避开有大量障碍物的地方。在离月球表面100米的地方,用引擎动力盘旋以确定一个安全的着陆点。后来,在最后的下降过程中,它准确地避开了岩石等各种障碍物,以垂直姿态下降到离月球表面2米的位置,关闭了发动机,最后自由落体着陆。

嫦娥三号在月球表面着陆过程示意图

这个复杂过程的困难是多方面的。首先,飞行轨迹和着陆轨迹应反复设计和计算,轨迹应不断优化,以便在消耗尽可能少的燃料的情况下,又好又快地完成着陆工作。同时,对于探测器的发动机来说,不仅要求足够强以输出足够的功率,还要求具有智能特性,并能够根据每个飞行阶段的要求改变发动机推力的输出。最后,由于地球和月球之间在信号传输和控制命令执行上的时间延迟,以及探测器处于状态快速变化的过程中,航天器需要具有自主发现和确定月球表面危险障碍物位置的功能。

印度此次飞行的目标是中国的嫦娥三号和嫦娥四号探测器。嫦娥三号在月球表面完成软着陆后,嫦娥四号在人类历史上第一次在月球背面着陆,嫉妒的印度人也希望创造世界上第一艘,也就是第一艘在月球南极软着陆的人类宇宙飞船。然而,印度似乎能够完成这项调查。如果单个发动机的推力不够,他们安装四个探头,通过打开几个探头和关闭几个探头来控制推力的变化。然而,与中国不同的是,在突破了许多技术难题之后,他们没有开发出具有连续可变推力的高比冲控制精度发动机。

对于避开月球表面障碍物的工作,印度学者在相关论文中只提到依靠相机成像,但没有提到如何识别障碍物,以及如何控制探测器规划路线,以便在识别后自动避开障碍物。你知道,这是一个与着陆安全相关的主要问题。

在20世纪50年代和60年代,当美国和苏联实施无人月球探测时,他们只能粗略地选择一个平坦的区域作为着陆区域。探测器能否真正落入没有岩石或起伏地形的安全区域取决于它自己的运气。这也是早期登月探索失败率相对较高的原因。

在阿波罗登月任务中,宇航员必须用肉眼观察障碍物并手动控制飞船。进入21世纪后,美国在执行火星着陆任务时使用充气气囊来抵御障碍物的危险。嫦娥三号和嫦娥四号自行发现障碍物和危险,并采取自主避障措施准确确定路线,这是一项新的创新。

没有坚实的基础,一个航天大国的梦想是不可能实现的。

印度登月2号发射后,包括一些国内媒体在内的许多媒体都用“雄心勃勃”来描述印度的太空计划。事实上,印度似乎正在积极参与月球探索、载人探索和行星探索,声称将在某一年实现一个重大目标。然而,印度航天工业的实际水平很难支撑印度人民的内心野心。

对于美国、中国、俄罗斯这三个主要航天国家来说,无论是首次发射人造地球卫星还是首次向太空发射宇航员,航天器如航天器卫星及其运载火箭都是同时独立开发的。在随后的发展中,火箭的运载能力和航天器的功能也在同时增长。这背后是全国科技和工业水平的全面支撑。当然,通过国际合作,航天国家相互学习长处或在关系相对良好时相互提供便利也是正常的,但这种合作的前提是双方都是同等级别的参与者。

相比之下,印度的第一颗卫星是在1975年由苏联火箭发射的,而它自己的火箭直到1980年才研制出来。在随后的发展中,对外国火箭的依赖成为印度的常态,来自美国、俄罗斯和欧洲的火箭受到印度客户的青睐。2010年后,在号称印度最强的gslv火箭(事实上,它还没有达到前三名半)上线后,印度大约20%的卫星发射仍然需要使用欧洲阿丽亚娜火箭。

至于航天器,当中国的北斗系统即将完成时,印度也想拿出自己的卫星定位系统。然而,由于渴望成功,印度人绕过了定位卫星的核心部件原子钟的发展,直接从欧洲购买了相同版本的伽利略。从2017年开始,这些原子钟将集体“爆雷”,使得只有八颗卫星、只能为印度次大陆提供有限服务的定位系统面临不确定的未来。

2018年太空发射的统计数据显示,中国的失败之一来自一家私人太空公司设计和制造的朱雀1号的发射测试。

2018年,中国和美国分别成功进行了38次和34次太空发射,而印度只有7次,不到中国的一小部分。例如,尽管发射次数并不能完全反映一个国家的空间水平,但我们不能假设我们的空间技术水平已经超过了美国的发射次数。然而,印度如此少的太空发射表明,其航天工业的规模仍然远远落后于真正的太空强国。与发射次数少于印度的日本相比,日本能够发射大型航天器,如装有火箭的货船,而目前印度无法发射火箭。

据统计,印度航天工业雇用了大约2万人,主要由美国和欧洲培训。然而,美国、中国、俄罗斯、美国等主要航空航天国家的员工人数基本保持在20万至30万左右,已经建立了完整的独立人才培养体系。此外,拥有强大航空航天背景的工程学院和大学,如加州理工学院、哈尔滨理工学院和莫斯科航空航天学院(Moscow Aerospace),可以不断为航空航天领域提供新鲜血液,让印度落在后面。

从落在码头的护卫舰到沉入码头的潜艇,再到被迫下水清空泊位而没有安装任何上层建筑的半生不熟的航空母舰,在印度的其他领域,不难看到像“维克拉姆”号这样一个降落在月球上的大型项目,它以砰的一声开始,以尾旋结束。似乎不是每个国家都能真正实现弯道超车的跨越式发展。

这篇文章是Observer.com的独家手稿。未经授权不得复制。

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