[科普中國]-印度登月或因發(fā)動(dòng)機(jī)故障遺憾收?qǐng)?

印度月船二號(hào)釋放的維克拉姆著陸器已經(jīng)在9月7日的落月過程中與位于班加羅爾的地面控制站失聯(lián)，至此，印度月船二號(hào)任務(wù)登月部分基本結(jié)束，軌道器還在工作中。

位于班加羅爾附近的地面控制中心一角 圖片來源：thehindu.com

從任務(wù)分配上看，印度給出的軌道器戲份為95%，著陸器為5%，這意味著月船二號(hào)是否成功關(guān)鍵看軌道器，著陸器只有14天的存活時(shí)間。雖然在電力系統(tǒng)上有喚醒設(shè)計(jì)，但載荷不挨凍，如果降落成功，也只能活半個(gè)月。

從投入上看，月船二號(hào)總投入為97億盧比，相當(dāng)于1.36億美元，其中探測(cè)器部分花費(fèi)60.8億盧比，相當(dāng)于8500萬美元，剩余的是GSLV MK-III火箭的發(fā)射費(fèi)用。月船二號(hào)延續(xù)了印度火星探測(cè)器的風(fēng)格，低成本投入博取更大的價(jià)值，這個(gè)價(jià)值就是世界第四個(gè)實(shí)現(xiàn)月面軟著陸的國家。

維克拉姆著陸器即便落月也只能存活14天 圖片來源:ISRO

由拜神引發(fā)的一系列問題

印度花小錢辦大事的風(fēng)格也決定了維克拉姆著陸器如果能夠成功，那也是人品爆發(fā)，不成功算是比較符合客觀規(guī)律。也難怪ISRO印度空間研究組織的主席K. Sivan博士在今年7月7日于泰米爾納德邦的一座寺廟內(nèi)進(jìn)行祈禱，尋求神靈的幫助。

說到印度科學(xué)家拜神的事，川陀太空指出，印度在月船一號(hào)發(fā)射之前也舉辦了拜神儀式，在7月15日第一次發(fā)射前沒有拜神，巧合的是，這次出現(xiàn)技術(shù)故障、發(fā)射推遲。于是在7月22日二次發(fā)射前舉辦了拜神儀式，結(jié)果發(fā)射成功了。接下來更有趣的事出現(xiàn)了，這次印度空間研究組織搞的拜神有點(diǎn)怪異，他們拜的Chandranaar神廟是掌管月球的，這點(diǎn)沒錯(cuò)，但里面還有一個(gè)主神，叫做濕婆神，這是印度教里面的毀滅之神。看到這里也基本明白了：月球、毀滅，基本描述了月船二號(hào)的結(jié)局。

印度空間研究組織的主席K. Sivan博士正在祈求神靈庇護(hù)

圖片來源：metro.co.uk

維克拉姆著陸器原計(jì)劃降落在靠近月球南極的南緯70.9度、東經(jīng)22.8度附近。從地球上看，就位于月球南極的邊緣上，但還算是處于月球正面，通信上不存在邏輯問題。按照維克拉姆著陸器落月設(shè)計(jì)程序，著陸器與軌道器分離高度距離月球表面100公里，著陸器啟動(dòng)火箭推進(jìn)器，進(jìn)入一條距離近地點(diǎn)100公里，遠(yuǎn)月點(diǎn)35公里的軌道上。

4****臺(tái)節(jié)流發(fā)動(dòng)機(jī)故障嫌疑最大

進(jìn)入下降程序后，維克拉姆著陸器進(jìn)入15分鐘的降落過程，K. Sivan博士稱之為恐怖的15分鐘。說這是恐怖時(shí)刻，其實(shí)一點(diǎn)也不恐怖，至少通信沒有理由中斷，不像進(jìn)入火星大氣層或者重返地球時(shí)出現(xiàn)的黑障，畢竟月球幾乎是沒有大氣結(jié)構(gòu)，更不需要隔熱設(shè)計(jì)。K. Sivan博士所認(rèn)為的恐怖指的是著陸器自主動(dòng)力下降段，**著陸器在這15分鐘內(nèi)速度將發(fā)生較大的變化，從30公里高度、每小時(shí)6000公里的速度要大大降低。**維克拉姆著陸器在這個(gè)階段表現(xiàn)不錯(cuò)，通過4個(gè)節(jié)流發(fā)動(dòng)機(jī)控制速度，高度在7公里時(shí)速度已經(jīng)降低到每小時(shí)22公里。之后在導(dǎo)航段和精細(xì)降落段出現(xiàn)了問題，本應(yīng)該從7公里高度降低到400米，并保持四個(gè)著陸支架是向下，但在2.1公里高度之后發(fā)生了異常，所有通信都被切斷，于是我們就看到跟蹤臺(tái)上出現(xiàn)了突然下降的軌跡，印度科學(xué)家也意識(shí)到基本完蛋了。

與著陸器通信中斷后地面控制中心的印度科學(xué)家們表情沉重

圖片來源：metro.co.uk

著陸器在降落的時(shí)候會(huì)一邊拍照一邊比對(duì)著陸器上存儲(chǔ)的地形圖像，這種地形匹配系統(tǒng)我們也可以在巡航導(dǎo)彈低空飛行時(shí)接觸到，程序設(shè)計(jì)上是沒有問題的。最大嫌疑應(yīng)該是四個(gè)節(jié)流發(fā)動(dòng)機(jī)，4臺(tái)800N發(fā)動(dòng)機(jī)要同步運(yùn)行，通過節(jié)流控制改變推力，如果其中一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)異?；蛘咄蝗辉黾油屏Φ刃袨?，那么肯定會(huì)導(dǎo)致著陸器失控。

維克拉姆著陸器上搭載的4臺(tái)800N節(jié)流發(fā)動(dòng)機(jī)，印度對(duì)其技術(shù)掌握不足

圖片來源：ISRO

需要指出的是，**維克拉姆著陸器上搭載的節(jié)流發(fā)動(dòng)機(jī)是第一次使用，之前印度做的模擬登陸，成功率也剛剛過50%。**從距離月面400米到100米高度之間，維克拉姆著陸器需要通過2臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，并在這個(gè)高度上懸停，利用激光高度計(jì)和攝像頭尋找合適的著陸區(qū)。一旦選擇好了著陸區(qū)，那么維克拉姆著陸器會(huì)啟動(dòng)底部的中心發(fā)動(dòng)機(jī)，一直下降到距離月面13米高度，當(dāng)四個(gè)著陸腿支架接觸月面時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)才關(guān)閉。從降落程序上看，維克拉姆著陸器降到2.1公里高度之后發(fā)生的通信中斷不是一個(gè)首要因素，發(fā)動(dòng)機(jī)可能從四臺(tái)改為兩臺(tái)的過程中全關(guān)閉了，或者突然增加推力，甚至是有一個(gè)機(jī)動(dòng)動(dòng)作失效，導(dǎo)致著陸器姿態(tài)出現(xiàn)翻滾，進(jìn)而導(dǎo)致通信中斷。根據(jù)控制中心屏幕上的數(shù)據(jù)，在高度335米時(shí)垂直速度還有每秒59米，水平速度為每秒48米，也可以看出維克拉姆著陸器和嫦娥3號(hào)在2公里高度懸停的方式不一樣。

硬著陸后幸存可能性為零

從以上分析可以看出，**維克拉姆著陸器最大的問題在于4臺(tái)800N節(jié)流發(fā)動(dòng)機(jī)和指令代碼是否正確。**同時(shí)，在2.1公里高度為什么著陸器會(huì)偏離航跡1公里，偏航有可能是一側(cè)4臺(tái)轉(zhuǎn)向發(fā)動(dòng)機(jī)都停止工作。至于通信故障，印度這次得到了美國宇航員設(shè)在馬德里的深空網(wǎng)絡(luò)的支持，通信方面出問題的可能性較低。如果是發(fā)動(dòng)機(jī)推力異常，導(dǎo)致著陸器姿態(tài)翻滾，通信天線指向錯(cuò)亂也會(huì)導(dǎo)致通信中斷。目前問題集中在4臺(tái)800N節(jié)流發(fā)動(dòng)機(jī)上，任何一臺(tái)出現(xiàn)推力異常都會(huì)導(dǎo)致著陸器失控，這也是印度對(duì)節(jié)流變推發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)掌握不佳，倉促上馬的后果。

月船二號(hào)在4375公里高度拍攝的月面圖像 圖片來源：ISRO

維克拉姆著陸器失聯(lián)之后，印度也調(diào)用月船二號(hào)軌道器對(duì)著陸器進(jìn)行搜索。9月9日,印度空間研究組織已經(jīng)發(fā)布消息，聲稱找到了著陸器，最后是硬著陸狀態(tài)。**在航天領(lǐng)域，硬著陸是未經(jīng)減速或者減速效果不明顯后直接著陸的方式。**維克拉姆著陸器支架只能承受每秒2米的垂直速度。

**判定維克拉姆著陸器是否完好也非常簡(jiǎn)單，通過比對(duì)軌道照片可以分析著陸器是否墜毀爆炸還是處于安全降落狀態(tài)。**如果是墜毀爆炸，地面上會(huì)形成黑色的爆炸印記，以色列Beresheet月球著陸器墜毀就是根據(jù)NASA月球勘測(cè)軌道飛行器的照片比對(duì)后得出的結(jié)論。維克拉姆著陸器如果采用與嫦娥3號(hào)類似的懸停后對(duì)月面拍照降落，那么生還可能性為零，從1至2公里高度翻滾摔下來沒有幸存可能。如果采用直接落月，即在距離月面數(shù)十米高度仍然有水平速度的方式落月，那么或許還有希望，但這種希望。但也僅限于沒有爆炸，相當(dāng)于一屁股坐到了月面上，并且伴隨翻滾，而不是輕輕停落在月面。

以色列登月著陸器降落失敗發(fā)生爆炸，留下黑色的印記

圖片來源：earthsky.org

一切順利情況下降落月面的狀態(tài) 圖片來源：thehindu.com

綜上，考慮到印度對(duì)節(jié)流發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)掌握不到位，投入僅為8500萬美元這個(gè)角度，維克拉姆著陸器大概率已經(jīng)變成“月餅”。故障原因很可能是節(jié)流發(fā)動(dòng)機(jī)故障，在短時(shí)間內(nèi)姿態(tài)失控，無法挽救，從1至2公里高度摔到月面并翻滾。