準備登月!月船3號計劃分4步抵達月球表面

北京時間2023年8月20日04:15,印度“月船3號”月球探測器著巡組合體進行了第二次也是最后一次減速(deboosting),進入近月點25千米、遠月點134千米著陸前軌道,為著陸最終建立軌道條件,著陸將于8月23日20:15開始實施。
登月需分四步
“月船3號”著陸過程分為4個階段:粗略制動(rough braking)、高度保持(altitude hold)、精細制動(fines braking)、末端下降(terminal descent)。

8月23日20:15,“月船3號”將開始粗略制動(rough braking),本階段持續(xù)690秒,探測器距離月表高度將由30千米(實際高度25千米)降至7.4千米,距離著陸點水平距離由745.5千米降至30千米;高度保持(altitude hold)持續(xù)10秒鐘,高度將由7.4千米降至6.8千米,距離由30千米降至28.52千米;精細制動(fines braking)持續(xù)175秒,高度將由6.8千米降至0.8/1.3千米,距離由28.52千米降至0千米;末端下降(terminal descent)持續(xù)264秒,高度將由0.8/1.3千米降至0千米,距離著陸點0~150米。

在完成四個階段的操作后,“月船3號”探測器將于20:34嘗試著陸月球表面,首選著陸區(qū)為月球南緯69.367621度、東經(jīng)32.348126 度附近的4千米x 2.4千米的長方形區(qū)域。
終極挑戰(zhàn)來臨
按照任務(wù)規(guī)劃,“月船3號”著陸器與巡視器組合體與推進器分離后,將進入高度100千米圓形環(huán)月近極地軌道。8月17日15:45,著巡組合體與推進器分離,實際只進入了近月點153千米、遠月點163千米的近圓軌道,存在很大幅度偏差,究其原因還是測定軌能力不足的問題。

迄今為止,印度并未建立完整的深空測控網(wǎng),無法獨立完成測定軌工作,“月船3號”任務(wù)需要歐空局和美國航空航天局的深空測控網(wǎng)提供支持。在“月船3號”任務(wù)實施過程中,每次變軌印度空間研究組織(ISRO)只能首先發(fā)布預計的軌道參數(shù),需要借助外力才能最終完成測定軌工作,造成軌道參數(shù)的滯后和軌道精度的不足,也就無法按照規(guī)劃精準實施變軌操作。

按照規(guī)劃,在著巡組合體與推進器分離后,著巡組合體通過兩次減速進入近月點30千米、遠月點100千米的著陸前軌道,實際進入的是近月點25千米、遠月點134千米的橢圓軌道,著巡組合體的著陸初速度將會更快,需要消耗更多的推進劑完成減速。

在完成精細制動后,“月船3號”進入末端下降(terminal descent)階段,將經(jīng)歷懸停、垂直下降、避障、緩速下降和自由下落等步驟,這將是對主發(fā)動機變推力能力、制導導航控制能力、精準測定軌能力的一次綜合考驗,也是對“月船3號”任務(wù)的最終考驗。

在“月船3號”任務(wù)實施過程中,暴露了印度航天實力的諸多欠缺,比如無法將探測器直送地月轉(zhuǎn)移軌道突顯了印度運載火箭運力不足的問題,發(fā)射入軌高度嚴重偏低突顯了LVM-3入軌精度的問題。而在經(jīng)歷了一個踉踉蹌蹌的過程后,“月船3號”終于進入了一個不如預期的著陸準備軌道,這證明了印度作為航天大國具備深空探測的能力,只是這種能力比較粗糙,無法支持任務(wù)精準實施?,F(xiàn)階段,印度航天能力之于月球探測就像印度給航母配備拖拉機牽引車,雖然技術(shù)粗糙但是解決了有無的問題,湊和著用。而如果要實現(xiàn)要求更精細的月球軟著陸,印度總體上還欠了不少火候,比如主發(fā)動機不具備深度變推力能力,存在成功的可能性,但是可能性依然較低。
作者:大白高國