井冈山知青网_印度落月失败,背后到底发生了什么?

知青文化 09-14 阅读:27 评论:0
井冈山知青网_印度落月失败,背后到底发生了什么?,

本文来自微信民众号:风云之声(ID:fyvoice),作者:袁岚峰,封面:视觉中国


导读:“月船2号”也不乏出色的细节,比方对月球车的轮子举行了特别的设想,使得它每次转圈时都能在月壤上留下印度国徽和ISRO标志的印记。如许都行啊!你们真是天赋!


2019年北京时候9月7日凌晨4:45,天下关注的印度“月船2号”探月设计迎来大结局。着陆器在间隔月面2.1千米时与地面落空联络,印度的初次月球软着陆使命以失利了结。


对此我们有什么意见呢?


一、印度航天的团体水平


我们先来讲宏观层面。


在月球外表软着陆是个很有难度的使命。从1958年美国发射的人类第一颗月球探测器“先驱者0号”火箭爆炸,到2019年4月12日以色列的“创世纪”着陆器落月失利,全球统共实行过118次探月与登月使命。个中软着陆的尝试有38次,而胜利率只要52%。在这个意义上,印度此次的失利也很一般。


就大图景而言,太空探究是人类配合的伟大事业,印度有这个雄心勃勃就是值得赞赏的。事实上,印度的航天水平虽然显著不如中美俄,但也取得了可观的结果,跟欧洲、日本比拟各有所长,能够说在第二团体中占领稳固的位置。


之前看过科技袁周虑的观众能够记得,印度在2017年曾“一箭104星”,远超中美俄,但这个实在并没有若干手艺含量。在印度的航天造诣中,真正最值得赞叹的是2014年“曼加里安”(Mangalyaan)号火星探测器胜利进入火星轨道。这个造诣有多大,跟其他国度对照一下就知道了。


曼加里安号火星探测器宣扬图


从1960年苏联发射人类第一个火星探测器“火星1号”以来,到2015年,苏联及其继续者俄罗斯一共发射了22次火星探测器,但悉数失利。直到2016年,俄罗斯为欧洲发射“火星太空生物”探测器,才取得了胜利。固然,这不是说俄罗斯的手艺不如印度,而是两边设定的胜利规范差别。


美国的火星探测胜利16次,失利4次。中国的第一个火星探测器“萤火1号”2011年搭乘俄罗斯的火箭升空,但因为火箭毛病而失利。所以你看,印度在火星探测上走在中国前面呢。开顽笑地说,这个造诣几乎能够吹十年。


人类的火星探究进程,见中国科学院上海手艺物理研讨所舒嵘研讨员在墨子沙龙的演讲


不过,就手艺含量而论,印度的火星探测是水平比较低的。比方其他国度的火箭发射后只在地球轨道上绕几圈就奔向火星,而印度的火箭要绕许多圈,这是因为推力不够,要只管多借用地球的引力弹弓效应。美俄都尝试了很屡次上岸火星,而曼加里安号只是围绕火星照相罢了,并没有上岸。


曼加里安号火星探测器的轨道设想 泉源:indiatoday.in


中国盘算在2020年用自身的火箭发射火星探测器,还要放火星车下去。这手艺含量刷刷地就上来了,相当于把嫦娥二号和嫦娥三号的事一同干,祝贺胜利。


火星探测恐怕是印度领先于中国,在其他的范畴,比方载人航天、月球探测、空间站,印度都排在中国背面。不过风趣的是,在这些方面印度都有设计,竟然都安排上了。印度盘算在2022年把人送入太空,在2020年~2030年自建空间站。想想看,印度的空间站,甭管能不能完成,这份豪情壮志就是好的。


说完了印度航天的宏观状态,再来看“月船2号”落月设计的微观细节。我不是航天专家,不过我的科大师弟石豪在航天部门事情,写过许多科普文章。近来,他又写了一篇《印度登月的“小目的”》,异常风趣。基于这篇文章以及我看到的其他一些专业剖析,下面我向人人来讲讲。


二、落月时发生了什么?


此次探月的“月船2号”探测器,是2019年7月22日由印度自身的地球同步轨道运载火箭MK3,也就是GSLV MK3发射升空的,经由历程屡次变轨,于8月20日进入月球轨道。


“月船2号”轨道示意图(图/ISRO)


“月船2号”探测器由轨道器和“维克拉姆”(Vikram)号着陆器构成,总重3850公斤,个中维克拉姆着陆器只要不到1500公斤,地球变轨和进入月球轨道所需的大批燃料由轨道器供应。


“月船2号”组合体(图/ISRO)


在与轨道器星散后,维克拉姆着陆器应用自带燃料完成落月。假如胜利软着陆,就会释放出名叫“普拉刚”(Pragyan)的小型月球车。


Vikram着陆器(左)与Pragyan月球车(右)(图/ISRO)


小到什么水平呢?它的质量只要27公斤。比拟之下,中国嫦娥三号的玉兔号月球车质量是140公斤。固然了,印度的航天设计一向以低成本著称,月船2号的总投资只要1.4亿美圆,还要啥自行车!


从发射到落月,一切都举行得很顺遂,看起来印度行将成为第四个完成月球软着陆的国度。斟酌到如今玉兔二号是人类唯一在月球上巡游的探测器,假如一切顺遂,就会涌现中印两个文明古国的两台月球车同时在月球信步的奇妙现象。然则,在着陆的末了时刻出了岔子。


初期版本的Vikram着陆器着陆历程(图/ISRO)


依据设想,维克拉姆着陆器应该从30千米的高度最先“急刹车”,到7.4千米的高度转为邃密制动,在2千米的高度调正姿势,拔取着陆点,在100米的高度悬停,避障,末了下落。


在邃密制动历程当中,着陆器的姿势应该是与竖直方向成50度角。但现实上遥测信号显现,着陆器在间隔地面不到3千米的时刻还在“拿大顶”。这可不是耍杂技的处所啊。


着陆器“拿大顶”(图/ISRO直播信号)


从空间轨迹上看,探测器从3千米高度最先,示意现实位置的绿线就和示意设想值的红线有显著星散。终究,探测器在高度还没到0的时刻就失联了。


着陆器下落轨迹(图/ISRO直播信号)


在最症结的时刻姿势失控,着陆器基础来不及修改,来不及弥补。因而能够剖断,维克拉姆着陆器坠毁在月球外表,没有完成软着陆。


三、“画扇面”平常的设想历程


转头来看,“月船2号”的研制历程就可谓一波三折,因为手艺计划在不停变动。说到这个,顺序员都邑想起使人抓狂的产物司理。


早在2007年,“月船1号”月球探测器还没有发射之时,印度就与俄罗斯签订了协定,配合开发“月船2号”。印度供应轨道器和月球车,俄罗斯担任着陆器。


好景不长,只管两国科学家完成了计划设想,但俄罗斯迟迟没法托付着陆器。印度因而决议自力研制着陆器,“月船2号”的进度也一拖再拖。


月球着陆器的一大中心硬件,叫做“变推力发效果”。因为在减速下落的历程当中,推进剂大批斲丧,着陆器的质量时刻在变化。假如发效果的推力是恒定的,那末着陆器在末了时刻不但不能悬停着陆,反而会因为推力大于重力而上升。


美国、苏联和中国在登月历程当中,都研发了推力可调的发效果,最典范的就是我们之前说过的阿波罗设计登月舱下落级的发效果。几十年后,这类手艺被SpaceX继续,用于火箭接纳。


阿波罗登月舱的下落级(图/NASA)


但印度实在是没有这项手艺,因而只能另想办法。


印度空间研讨构造(Indian Space Research Organisation,简称ISRO)将手中用于地球卫星的440牛顿远地点发效果晋级到了800牛顿的推力,同时也为这类新发效果给予了肯定的变推力才。


为了支持总质量凌驾1000公斤的着陆器,印度只好给着陆器安装了4台800牛发效果,在开端减速时全开,在悬停避障时只开两台。


悬停避障阶段的着陆器(图/ISRO)


这个计划是否是很奇妙呢?


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但到了2018年6月,印度科学家们决议修改维克拉姆着陆器的着陆顺序,从与轨道器星散后直接下落改为先围绕月球几圈。如许必需增添第五台800牛发效果,在间隔月球10米摆布零丁点火,才保证平安。


初期的着陆器底部设想,可见只要四台800N发效果(图/ISRO)


等一下,难道说,之前研讨了几年的的计划是星散今后一头扎下去吗?


是的。


所以在发射前一年,人人以为如许不好,得改。


横竖改的又不止发效果一个。


加了第五台发效果,本来的燃料不够了怎么办?改——多加两个燃料箱。


之前的着陆器支持腿觉得有点窄,着陆时降到斜坡上翻了怎么办?改——从3.6米直径改成4.34米直径。


着陆器变重了,轨道器变轨才跟不上了怎么办?改——给轨道器也多带燃料。


轨道重视了,着陆器也重了,原定的GSLV MK2火箭本来就弱,如今更不行了,怎么办?改——直接上新研制的GSLV MK3。


以至于2018年1月,ISRO在美国集会上宣告的计划,半年事后就面目一新了。


“月船2号”新旧使命设想对照


“月船2号”探测器总体计划对照


好吧,这一通改,让我想起了有名的相声“画扇面”:从画尤物改成画张飞,又改成画怪石,末了痛快把扇面全涂黑了!


我能够补充一点,印度在核聚变方面也是这类作风。依据中国的核聚变研讨领军人物万元熙院士的讲座,印度三次在国际集会上宣告自身立时就要完成放电了,也就是把氢气胜利制备成等离子体。但三次都失利,只得把文章撤掉,缘由都是漏气。印度一向找不着哪儿漏气,末了只好把核聚变装配拆了,盘算从中国订购一些症结部件,从新制作一个。


万元熙讲印度的核聚变装配


下面,我们来对照一下印度的月球探测设计和中国的嫦娥工程。


四、中印月球探测设计的对照


嫦娥一号于2007年胜利发射,对月球举行围绕探测。一年以后,印度的“月船1号”探测器发射入轨。


风趣的是,“月船1号”还在轨释放了一个贴有印度国旗的月球撞击器。因而,印度成为了天下第四个在月球上留下陈迹的国度。


“月船1号”搭载的月球撞击器(图/ISRO)


前三个是谁?是苏联、美国和日本。没有中国哦!印度在这件事上胜利地抢在了中国前面!


只管设想寿命两年的“月船1号”只事情了一年不到就失效了,但印度不像中国如许斟酌备份,在第二次探月的时刻就要尝试软着陆。依据原设计,“月船2号”应该紧随中国的嫦娥三号完成落月。


印度的着陆器和中国的嫦娥三号有什么差别呢?


起首,嫦娥三号不须要轨道器。中国的火箭直接把嫦娥三号的远地点打到了40万千米以上,嫦娥三号只须要半途修改轨道,然后举行近月制动就可以够。而受限于印度的火箭手艺,“月船2号”只能进入一个远地点4万多千米的超同步转移轨道,须要经由历程轨道器实行屡次变轨。


嫦娥三号与“月船2号”轨道对照


其次,中国为嫦娥三号研发了7500牛顿的变推力发效果,推力靠近印度发效果的10倍,单台发效果就可以完成从近月制动到下落、悬停、下落的全历程。而“月船2号”因为发效果才有限,就须要在差别时候节点重复调解事情发效果的数目。


“一台顶十台”的嫦娥三号发效果(图/中国空间手艺研讨院)


第三,嫦娥三号有完全的热控体系,足以应对月昼月夜的数百度温差。自从2013年12月14日登月以来,虽然它照顾的月球车玉兔号在服役972天后已停止事情,但嫦娥三号自身直到本日依旧在延续一般事情。


嫦娥四号以及它的月球车玉兔二号自从2019年1月3日登月以来,也仍然在一般事情,如今处于第九个月夜休眠期。而“月船2号”并没有对温度掌握举行特别设想,它的寿命只要14天——也就是一个月昼。


嫦娥三号的两相流体回路热控装配(图/中国空间手艺研讨院)


第四,从细节上也能体会到嫦娥三号设想的精巧仔细。比方“月船2号”的主承力构造是平常卫星采纳的圆柱承力筒,团体重心偏高,所以只能在发射前一年暂时变动设想,加大了着陆腿睁开的直径以确保稳定性。而嫦娥三号的主承力构造是全新设想的,推进剂贮箱并联,大大降低了重心高度。


嫦娥三号构造规划(图/中国空间手艺研讨院)


固然,“月船2号”也不乏出色的细节。什么样的细节呢?


比方,印度科学家对普拉刚月球车的轮子举行了特别的设想,使得它每次转圈时都能在月壤上留下印度国徽和ISRO标志的印记。


印度月球车的奇特设想(图/ISRO)


我必需认可,看到石豪师弟的这段,我受到了极大的震惊:如许都行啊!你们真是天赋!


想想看,印度寻求的都是些什么目的:先于中国把国旗扔上月球,用月球车把自身的图腾印到月球外表。这也太有印度特征了!


在“月船2号”着陆失利后,一名不肯泄漏姓名的ISRO官员通知《印度时报》,“月船2号”的使命只要5%失利了,因为其他95%的载荷都在轨道器上。


这话真是好有原理,让人没法辩驳。


没有能打更高轨道的火箭?没紧要,带轨道器就好。


没有够用的变推力发效果?没紧要,多放几台就好。


没有余量做完全热控设想?没紧要,只事情14天就好。


当你的目的充足小的时刻,老是能完成的。怪不得石豪这篇文章的问题叫做《印度登月的“小目的”》。印度群众就是这么乐观,你能怎么办?


末了,我们有一个好消息。掉到月球上的月船2号被找到了,ISRO的主管说正在尝试联络。假如能胜利,那就是一个真正的手艺奇观。


祝印度好运!


本文来自微信民众号:风云之声(ID:fyvoice),作者:袁岚峰,封面:视觉中国

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