月船2號維克拉姆著陸器落月操作序列

2019年9月1日,月船2號組合體成功進(jìn)入119×127km的繞月軌道,第二天,著陸器與環(huán)繞器成功分離,隨后著陸器經(jīng)過兩次點火進(jìn)入30×100km軌道。著陸器計劃著陸于以月球70.90267°S 22.78110°E為中心,32×11km的矩形區(qū)域。
著陸器上配備了①著陸器位置測定相機(jī)②著陸器水平速度測定相機(jī)③著陸器危險探測與規(guī)避相機(jī)④KA波段測高計1號⑤KA波段測高計2號⑥激光測高計⑦LIRAP慣性測量單元(包括4臺ILG激光陀螺儀用以測量姿態(tài)變化和4臺CSA加速度計以測量速度變化,全程開啟)同時配備5臺800N液體發(fā)動機(jī),其中4臺位于著陸器外圍(關(guān)于這4臺發(fā)動機(jī),主持人在登月直播中明確提到它們是throttleable,也就是可節(jié)流的)1臺位于著陸器中央(明確不可節(jié)流)
著陸器落月可分為四個階段:⒈粗略制動段⒉絕對導(dǎo)航段(直譯)⒊精細(xì)制動段⒋垂直下降段(此時探測器已無水平速度)
2019年9月7日,在距離月表30km,著陸點615km處,速度1683m/s時,著陸器點燃4臺外圍發(fā)動機(jī),開始了15分鐘的動力下降。在第一階段也就是粗略制動段,著陸器將減速至146m/s,下降到7.4km高度,這一階段持續(xù)10分20秒。
隨后著陸器開啟①著陸器位置測定相機(jī)③KA波段測高計1號⑤激光測高計進(jìn)入下一階段,該階段只持續(xù)38s,減速至92m/s,下降到5km左右。
該階段結(jié)束后,著陸器進(jìn)入精細(xì)制動段,此時著陸器只需要①著陸器位置測定相機(jī)和⑤激光測高計,同時把①著陸器位置測定相機(jī)拍攝的圖像與幾天前月船2號繪制并上傳給著陸器的圖像進(jìn)行比對以確定自己的位置。精細(xì)制動段持續(xù)89s,將著陸器的水平速度減為零,定位到著陸點正上方并下降到400m。
接下來是著陸過程中最困難的階段,著陸器將開啟②著陸器水平速度測定相機(jī)④KA波段測高計2號⑤激光測高計,同時關(guān)閉對角線上的兩臺發(fā)動機(jī)以減少加速度。著陸器先在400m處懸停12s使相機(jī)有足夠時間拍照分析,再花費(fèi)66s下降到100m高度并懸停22s供③著陸器危險探測與規(guī)避相機(jī)拍照并評估地形是否適合著陸。是,則直接花65s下降至10m。否,則最多可以消耗40s的燃料下降到60m,水平最多位移1.6km,然后用25s下降到10m高度。這時著陸器將關(guān)閉剩余的兩臺發(fā)動機(jī)并啟動中央發(fā)動機(jī)13s完成最后著陸。(月船2號最初設(shè)計中并沒有這臺中央發(fā)動機(jī),但考慮到四角上的發(fā)動機(jī)吹起月塵可能包裹住探測器導(dǎo)致重要儀器損壞,而中央的發(fā)動機(jī)只會把月塵吹向四周,所以添加此項設(shè)計。但印媒透露稱月船3號將取消中央發(fā)動機(jī))
然而現(xiàn)實中,著陸器在2.7km處姿態(tài)失控,335m時失去信號,速度定格在水平48m/s,垂直59m/s。三哥登月夢碎……

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 故障分析
①從粗略減速段向絕對導(dǎo)航段過渡時,著陸器需要調(diào)整姿態(tài)使各種定位相機(jī)有足夠好的視角以確定姿態(tài)、速度及高度來修正粗略減速段中較大的誤差。在這期間,著陸器可能用力過猛導(dǎo)致姿態(tài)偏差過大,控制系統(tǒng)無法修正。
②在上述時間段中,4臺外圍發(fā)動機(jī)也需要不斷改變推力以實現(xiàn)姿態(tài)的改變,但這是印度第一次使用變推力技術(shù),其中一臺發(fā)動機(jī)可能推力陡然增大或減小,導(dǎo)致姿態(tài)失穩(wěn),控制系統(tǒng)崩潰。
③從絕對導(dǎo)航段到精細(xì)制動段,著陸器的速度下降太快(從落月直播確實可以看出),著陸器調(diào)轉(zhuǎn)姿態(tài)以減小加速度,最后導(dǎo)致著陸器整個翻轉(zhuǎn)(這……)
④在上述時間段中,程序不合理,導(dǎo)致過渡失敗。
⑤熱控制系統(tǒng)或通信系統(tǒng)故障,只是單純失去信號。

最后,這篇專欄是我反復(fù)看完90分鐘長的咖喱味登月直播中篩選出的有用信息合集,聽完后感覺腦子也被裝滿了咖喱糊糊,所以難免會有錯誤和不專業(yè)的地方,還請各位伙伴指正