“月船2号”何以功亏一篑

　　印度“月船2号”软着陆月球任务原定计划各阶段 图源:ISRO/NASA/Graphic News 

　　印度第二次探月任务“月船2号”探测器携带的“维克拉姆”着陆器，原计划于9月7日登陆月球，但是在距离月面2.1千米处，与地球失去通信联系，印度首次月面“软着陆”尝试失败，可谓“功亏一篑”。 

　　虽然此次“月船2号”的软着陆尝试失败了，印度空间研究组织（ISRO）和美国国家航空航天局（NASA）的科学家们仍在尝试恢复联系，并对事故原因展开调查。其载有8台科学载荷的轨道器仍在运行，预计将继续服役7年。 

　　令人扼腕的失败 

　　中国航天系统科学与工程研究院高级工程师洪远在接受《中国科学报》采访时指出，“维克拉姆”着陆器在进入、下降与着陆过程中发生失联，很可能是着陆器提前着陆导致撞击损毁。 

　　而引发故障的直接原因可能有三： 

　　一是制导与导航系统问题。制导与导航是软着陆任务的核心，从绕月飞行到弹道式进入，再到精准着陆，制导与导航系统的任何计算偏差都可能导致任务失败。 

　　二是着陆推进系统问题。着陆器推进系统包括8个50N姿态控制火箭和5个800N制动发动机，推进系统需要按程序指令精准动作，才能保证着陆的准确性与安全性。 

　　三是电子元器件问题。核心敏感器或控制器的电子元器件，可能因质量问题、错误安装或太空辐射出现故障或失效，也会导致任务失败。 

　　“月船2号”历时40多天的奔月过程都进展顺利，只在最终的“软着陆”环节出现故障，实在令人遗憾。那么，为什么要选择“软着陆”，其实施的难点又在哪里呢？ 

　　中国工程院院士张履谦告诉《中国科学报》，考虑到月球着陆器上携带的仪器、设备、月球车的产品安全及正常使用，以及后续采样任务的顺利完成，要采用“软着陆”方式。 

　　“软着陆”需要利用火箭的反推力起到减速的作用来实现。要实现“软着陆”，必须在着陆器即将落地前启动发动机，使发动机的推动力与月球表面的重力加速度相互抵消，着陆器匀速缓慢下降。 

　　张履谦说，为了不让着陆器砸在月球上，还要求着陆器与月球表面的倾斜度小，着陆器四个腿周围不能有直径太大的石块，这需要预先对登陆地点进行详细勘探。 

　　有报道称，在“月船2号”的“软着陆”过程中，其自动控制系统出现故障，导致其翻了一个筋斗，将用于减速的火箭翻到了身后，速度反而增加了15—25米/秒，最终失控。 

　　自主研发为主导的登月尝试 

　　洪远告诉《中国科学报》，此次“月船2号”任务基本采用印度本国技术，着陆技术、巡视技术均为自主研发。与2008年“月船1号”探月任务携带的11个有效载荷相比，其所携带的13个科学有效载荷（轨道器8个、着陆器3个、巡视器2个）完全由印度自主研发。部分载荷功能强大，如轨道器携带的相机是迄今为止所有月球任务中分辨率最高的相机，分辨率达到0.3米，比此前最高分辨率的NASA“月球勘察轨道器”（0.5米分辨率）还要高。 

　　近些年来，印度在大推力火箭的研制方面也进步显著。其原有的GSLV-MK2火箭同步转移轨道运力仅有2吨多，而此次发射的GSLV-MK3型运载火箭地球同步转移轨道的运载能力达到了4吨。据了解，除此次登月工程外，GSLV-MK3型运载火箭还将作为印度载人航天工程“Gaganyaan”的载具。 

　　即便如此，该型火箭的运载能力仍显不足，“月船2号”要进入奔月轨道，只好采取耗时更长、过程更复杂的多次变轨方式。 

　　据中国航天系统科学与工程研究院研究员陈杰介绍，火箭首先将探测器发射到近地点180千米、远地点40000千米的超同步转移轨道。然后每隔几天探测器都会在近地点点火，持续提高探测器的远地点轨道高度。这种操作大约要持续十余天，通过多次变轨，把探测器的远地点从4万千米提高到38万千米左右，然后再经过5天的奔月飞行接近月球轨道。 

　　从接近月球到成为围绕月球旋转的卫星，“月船2号”需要数天时间进行多次月球轨道刹车，最终进入100千米的环月轨道。 

　　被竞相追逐的月球 

　　虽然“月船2号”的“软着陆”尝试遗憾地失败了，但是不少国家仍开启了各自的登月计划。 

　　人类希望能够在其他星球上建立“第二家园”，张履谦认为，“应该以距离地球最近的月球为起点，进行登月探索，在月球建立基地、实验室等。月球能上得去，去其他星球也就具有技术基础。” 

　　洪远认为，月球作为距离地球最近的天体，有望成为人类探索太空的前哨基地。月球南极由于存在永久阴影区，可能蕴藏水冰，将成为建立月球科研基地的重要资源。印度“月船1号”探测器通过对月球阴影坑的光谱分析发现了氢元素，间接表明可能存在水。 

　　2018年，美国学者发表论文指出，在月球南北纬70度以上的永久阴影区内存在多个含有水冰的区域。因此，探测月球南极、发现水资源将成为月球探测的重要任务之一。 

　　失败难掩积极意义 

　　据了解，印度“月船2号”探测任务总成本为97.8亿卢比（约合1.42亿美元），探测器成本为60.3亿卢比（约合8743万美元），发射成本为37.5亿卢比（约合5437万美元）。印度探月项目成本大幅低于其他国家的探月项目。如日本2007年实施的“月亮女神”探月计划投入约4.68亿美元；美国2012年实施的“圣杯”探月计划投入约5亿美元。 

　　但是，项目成本高低并不直接决定科学探测任务的成败。陈杰认为，在计划任务周期和计划资金投入背景下，完成预定任务目标的科学探测任务，均可视为成功的任务。 

　　洪远认为，与2008年印度首次执行的月球探测任务相比，印度自主实施的“月船2号”探测任务更为复杂，虽然此次着陆任务失败了，但为下降与着陆技术、热控技术、原位探测技术等关键技术的突破积累了经验，为印度后续月球、火星乃至其他天体探测任务奠定技术基础。 

　　组织实施“月船2号”探测任务也为印度开展大型科技工程项目积累了经验，并带动了印度航天基础设施的建设。例如，印度建成基于现有卫星测控系统的深空测控网，以航天技术为代表的科技发展还将推动印度国民经济的发展。而以美国“阿波罗”登月技术为例，通过直接或间接成果转化，航天领域资金投入与效益回报比达到1：7。 

　　“从印度国内的反应来看，这项任务受到了印度全国的高度关注，失败不但没有遭受过多质疑，印度从上而下反而都在安慰和鼓励航天科学家们，让我们看到了印度凝聚的民族自信。”陈杰说，“尤其是印度总理莫迪抱着因失败而痛哭的印度空间研究组织主席西万博士，对他进行安慰和鼓励的场面令人动容。” 

　　“生活总有起伏，但国家为你们自豪。”莫迪对印度科学家们说道。这种成熟的姿态表明，印度对航天的高风险有了更深的认识和耐受力。从航天技术的发展角度讲，印度勇于开展月球探测的勇气和信心值得尊敬。

　　作者：池涵 

　　来源：中国科学报 2019年9月24日 

　　http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2019/9/349836.shtm 

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