呼風(fēng)喚雨◇讓消費(fèi)者看見(jiàn)品質(zhì)更好的產(chǎn)品
作者 | 張雪松
印度月船二號(hào)探測(cè)器在人類無(wú)人深空探測(cè)中首創(chuàng)“繞落巡”一體設(shè)計(jì)，還在我國(guó)的火星探測(cè)器之前。人類最初的深空探測(cè)器是飛掠而過(guò)的飛掠器，即使現(xiàn)在也有新視野號(hào)探測(cè)器這樣的飛掠器，隨后發(fā)展出環(huán)繞行星和衛(wèi)星的軌道器，然后又出現(xiàn)了軟著陸的著陸器，再進(jìn)一步發(fā)展出地外天體表面行走的巡視器，也就是各種月球車和火星車。工程師們還將各種方式結(jié)合使用，比如月球車或火星車肯定需要搭配一個(gè)著陸器負(fù)責(zé)下降著陸，也就是“落巡”合一，美國(guó)水手系列探測(cè)器則是軌道器加著陸器的設(shè)計(jì)，也就是“繞落”合一，但“繞落巡”合一的深空探測(cè)器，在人類深空探測(cè)史上還是第一次。
“繞落巡”探測(cè)器在設(shè)計(jì)上比較復(fù)雜，但這并不意味著探測(cè)器技術(shù)水平很高，而只是前人沒(méi)有做過(guò)。如果要類比的話，類似于我國(guó)嫦娥四號(hào)首次在月球背面軟著陸，月球背面著陸并非美蘇技術(shù)上力所不及，美國(guó)當(dāng)年就曾有月球L2軌道放置中繼星支持載人登陸月球背面的計(jì)劃，只不過(guò)由于種種原因沒(méi)有成行。印度月船二號(hào)開(kāi)創(chuàng)“繞落巡”探測(cè)模式的含金量更要等而下之，美國(guó)阿波羅15、16和17號(hào)載人登月任務(wù)中都攜帶了月球車，加上登月艙和月球軌道上的阿波羅飛船，也是“繞落巡”任務(wù)，但無(wú)論是美國(guó)、蘇聯(lián)/俄羅斯還是歐空局或是日本航天，都沒(méi)有發(fā)射過(guò)“繞落巡”的無(wú)人探測(cè)器。
即使如此，無(wú)人探測(cè)器首創(chuàng)“繞落巡”還是值得印度人開(kāi)心一下的。另外它在2019年7月發(fā)射升空，發(fā)射時(shí)間搶在我國(guó)更晚立項(xiàng)，但同樣是“繞落巡”方案的火星探測(cè)器之前，避免印度航天“起了個(gè)大早，趕了個(gè)晚集”的尷尬。
印度月船二號(hào)探測(cè)器包括一個(gè)軌道器，一個(gè)名為Vikram（印度科學(xué)家，印度航天之父）的著陸器和一個(gè)名為Pragyan（意為智慧）的月球車，其中軌道器重2379千克，著陸器重1471千克并帶有一個(gè)27千克的月球車，探測(cè)器總質(zhì)量高達(dá)3850千克，比我國(guó)嫦娥三號(hào)著陸器約3780千克的體重還要略重。嫦娥三號(hào)使用了我國(guó)當(dāng)時(shí)高軌道運(yùn)力最大的長(zhǎng)征三號(hào)乙火箭發(fā)射，而印度火箭的運(yùn)載能力一向是個(gè)短板，那么印度的月船二號(hào)探測(cè)器怎么辦呢？大型通信衛(wèi)星可以交給阿里安5火箭發(fā)射，但作為國(guó)家臉面的月船二號(hào)探測(cè)器還是要自己來(lái)。
印度決定使用新研制的大火箭GSLV MK III發(fā)射，這種火箭別看還叫GSLV，但和原來(lái)的GSLV MK II完全是兩種火箭，作為印度運(yùn)載能力最強(qiáng)的大型運(yùn)載火箭，它的起飛重量提高到640噸，地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力約4噸。即使如此，它的運(yùn)載能力發(fā)射月船二號(hào)探測(cè)器也比較勉強(qiáng)，它只能把月船二號(hào)送入近地點(diǎn)170公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)38000多公里的大橢圓軌道，隨后月船二號(hào)探測(cè)器的軌道器啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，不斷變軌提升遠(yuǎn)地點(diǎn)，最后抵達(dá)月球軌道被月球引力捕獲。這種地月轉(zhuǎn)移模式和月船一號(hào)如出一轍，是印度運(yùn)載火箭能力仍有不足的表現(xiàn)，也是原計(jì)劃7月15日發(fā)射但9月6日才著陸月球的根本原因。（當(dāng)年阿波羅11號(hào)從發(fā)射到登月用了約四天時(shí)間）
話雖如此，印度大火箭GSLV MK III的發(fā)射記錄還算不錯(cuò)。2014年12月18日印度大火箭實(shí)現(xiàn)首飛，但火箭第二級(jí)只是配重，火箭自然沒(méi)有進(jìn)入軌道，也就是進(jìn)行了俗稱的半箭試飛；2017年6月5日大火箭將GSAT-19通信衛(wèi)星送入同步轉(zhuǎn)移軌道，2018年11月14日的發(fā)射任務(wù)中，又成功將GSAT-29衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，火箭試飛和發(fā)射任務(wù)連續(xù)成功。雖然GSLV MK III火箭技術(shù)水平和運(yùn)載能力平平，但印度人一步一個(gè)腳印穩(wěn)扎穩(wěn)打，大火箭的試飛表現(xiàn)還真是穩(wěn)得很，讓歐洲阿里安5火箭相形見(jiàn)絀。
印度大火箭的成功也有一些運(yùn)氣的成分，本次發(fā)射原定于7月15日進(jìn)行，但當(dāng)天火箭發(fā)射倒計(jì)時(shí)1小時(shí)時(shí)，印度工程師發(fā)現(xiàn)上面級(jí)推進(jìn)劑泄露等問(wèn)題緊急中止發(fā)射。雖然最終推遲了一個(gè)星期，但確保了發(fā)射任務(wù)的成功。值得一提的是，GSLV MK III火箭這次發(fā)射表現(xiàn)超過(guò)預(yù)期，火箭將探測(cè)器送入近地點(diǎn)151公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)45124公里的軌道，遠(yuǎn)地點(diǎn)比原計(jì)劃高了約6000公里，相當(dāng)于火箭運(yùn)力提高了15%，這個(gè)意外之喜可以節(jié)省探測(cè)器部分推進(jìn)劑，為變軌機(jī)動(dòng)留出更多余量。當(dāng)然，即使火箭運(yùn)力提高15%，月船二號(hào)探測(cè)器仍然要多次“繞圈”變軌，這雖然導(dǎo)致探測(cè)器從發(fā)射到著陸月球的時(shí)間漫長(zhǎng)，也帶來(lái)一個(gè)意外的驚喜，那就是任務(wù)冗余時(shí)間充分，原定7月15日發(fā)射改到22日，但著陸時(shí)間并沒(méi)有變化，不會(huì)影響到月船二號(hào)尤其是月球車的巡視探測(cè)任務(wù)。
月船二號(hào)探測(cè)器使用了復(fù)雜的“繞落巡”方案，對(duì)印度可謂旗艦級(jí)探測(cè)任務(wù)了，你要是覺(jué)得這個(gè)月球探測(cè)器還很貴，那就大錯(cuò)特錯(cuò)了。印度空間研究機(jī)構(gòu)（ISRO）發(fā)布消息，月船二號(hào)項(xiàng)目總共花了97.8億盧比，匯率換算大約相當(dāng)于1.43億美元或9.38億人民幣，這也實(shí)在太便宜啦。要知道我們中國(guó)十多年前的嫦娥一號(hào)只是環(huán)月軌道器，并且使用成熟的東方紅三號(hào)衛(wèi)星平臺(tái)，整個(gè)項(xiàng)目都花了14億人民幣。
印度航天項(xiàng)目成本更低，不過(guò)我們也不用去找什么體制問(wèn)題，印度花錢少主要是人力成本低。航天器尤其是深空探測(cè)器項(xiàng)目，硬件生產(chǎn)所需的物料成本并不多，研發(fā)投入很大程度上是人力支出。由于印度人均GDP只是我們中國(guó)的五分之一，不要說(shuō)用美國(guó)人的標(biāo)準(zhǔn)，就是我們中國(guó)人看來(lái)，也覺(jué)得印度工程師的工資低，難怪花小錢辦了大事做出了月船二號(hào)探測(cè)器。
月船二號(hào)探測(cè)器價(jià)廉是一方面，但印度仍盡力為探測(cè)器配備了各種科學(xué)載荷，綜合下來(lái)可以說(shuō)是物美價(jià)廉。印度發(fā)展深空探測(cè)充分利用了國(guó)際合作的有利條件，月船一號(hào)探測(cè)器過(guò)半載荷（11個(gè)中的6個(gè)）是外國(guó)貨，月船二號(hào)探測(cè)器上也搭載了不少外國(guó)載荷，比如軌道器攜帶11個(gè)載荷，其中6個(gè)印度研制的，3個(gè)來(lái)自歐洲，還有2個(gè)來(lái)自美國(guó)，不過(guò)關(guān)鍵的著陸器和巡視器上，科研載荷就主要是印度載荷了。印度雖然是發(fā)展中國(guó)家，但這個(gè)大國(guó)集中力量辦大事，月船二號(hào)探測(cè)器的載荷配置還是很有特色的。
月船二號(hào)的軌道器上有印度太空應(yīng)用中心（SAC）研制的地形測(cè)繪相機(jī)（TMC-2），用于生成高精度的全月三維影像，太空應(yīng)用中心還研制了合成孔徑雷達(dá)（SAR）以及紅外成像光譜儀（IIRS），SAR可以更好的探測(cè)和證明月球永久陰影區(qū)水冰的存在，而IIRS可以探測(cè)月球表面的礦物、水以及羥基；ISRO的衛(wèi)星中心（ISAC）研制了大面積軟X射線光譜儀（LASS），而印度物理研究實(shí)驗(yàn)室（PRL）提供了軟X射線監(jiān)視器（XSM），兩者結(jié)合通過(guò)X射線熒光分析月球表面物質(zhì)的主要成分；軌道器上還有印度太空物理實(shí)驗(yàn)室（SPL）研制的錢德拉中性原子質(zhì)譜儀，對(duì)月球稀薄的大氣層進(jìn)行探測(cè)，它還順路搭載了雙頻無(wú)線電科學(xué)實(shí)驗(yàn)載荷，用研究月球的電離層；最后軌道器還攜帶了高分辨率相機(jī)，可拍攝月球表面的高分辨率照片，以后印度人說(shuō)不定也要學(xué)美國(guó)LRO拍攝阿波羅以及其他著陸器的著陸痕跡，進(jìn)行月球考古。
月船二號(hào)的著陸器上裝有月震儀，用于探測(cè)著陸場(chǎng)附近的月震。它還帶有錢德拉熱物理載荷，探測(cè)月球表面的導(dǎo)熱系數(shù)和溫度梯度，另外就是朗繆爾探針，用于研究月球表面的電離層。總的說(shuō)來(lái)相比軌道器載荷的豐富多彩，著陸器的科學(xué)載荷大為遜色。
我們?cè)賮?lái)看僅有27千克的Pragyan號(hào)月球車，它是人類目前最小的月球車，不過(guò)攜帶的阿爾法粒子X(jué)-射線分光儀（APXS）和激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀（LIBS），卻盡顯印度航天和行星科學(xué)的雄心。我國(guó)玉兔號(hào)月球車就攜帶了APXS，我們對(duì)這種分析物質(zhì)成份的利器想來(lái)并不陌生，印度期待使用APXS對(duì)月壤的成份進(jìn)行實(shí)地考察，而印度月球車上的LIBS更不簡(jiǎn)單，它是太空中的第二臺(tái)LIBS儀器，讓Pragyan成為僅次于美國(guó)好奇號(hào)火星車攜帶LIBS的巡視器。LIBS用于研究元素豐度，簡(jiǎn)單地說(shuō)APXS確認(rèn)各種元素有沒(méi)有，而LIBS分析識(shí)別有多少，它們結(jié)合是研究月球表面物質(zhì)成份和組成的大殺器。
月船二號(hào)探測(cè)器還有一個(gè)不得不提的閃光點(diǎn)，它是人類歷史上第一個(gè)月球南極著陸探測(cè)器。人類探測(cè)月球那么多年，發(fā)射了那么多著陸器和月球車，但都在赤道附近及中緯度地區(qū)著陸探測(cè)，我國(guó)嫦娥三號(hào)在北緯45度著陸已經(jīng)就是高緯度了，月球極區(qū)自然就成了探測(cè)的空白區(qū)。與此同時(shí)，月球軌道探測(cè)器發(fā)現(xiàn)極區(qū)可能存在水，這可是月球開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵資源，但截止目前各國(guó)的軌道器探測(cè)結(jié)果各有不同，還是要實(shí)地探測(cè)一番才行，而月船二號(hào)現(xiàn)在就成了人類月球極區(qū)探測(cè)的開(kāi)路先鋒。
印度在月球極區(qū)探測(cè)上的第一，倒不是刻意追求的結(jié)果。十多年前中日印競(jìng)相發(fā)射了月球軌道器，然后都開(kāi)始著陸器的研制，都號(hào)稱2013年前后登月，結(jié)果只有我們中國(guó)的嫦娥三號(hào)如期落下去，不過(guò)印度和日本的項(xiàng)目也有亮點(diǎn)，那就是定位于極區(qū)探測(cè)。日本的輝夜姬2項(xiàng)目后來(lái)取消，印度的月船二號(hào)也就成了極區(qū)探測(cè)的獨(dú)苗，不過(guò)要說(shuō)意外搶下的這個(gè)世界第一，我們還不得不提到俄羅斯人這個(gè)豬隊(duì)友。
1976年蘇聯(lián)月球24號(hào)取樣返回成功，隨后蘇聯(lián)和俄羅斯就再?zèng)]有探月，進(jìn)入21世紀(jì)俄羅斯看著西邊的美歐探月，東邊的中日探月，南邊的印度都探月了，心里也很著急，于是月球系列探測(cè)器也續(xù)上了，俄羅斯自己的月球探測(cè)器就叫月球25號(hào)。月球25號(hào)又名月球-水珠（Luna-Glob），原計(jì)劃2012年發(fā)射和中日印相爭(zhēng)，月球25號(hào)包括一個(gè)軌道器、一個(gè)著陸器和一個(gè)月球車，它才是月球探測(cè)“繞落巡”的源頭，它的著陸器和月球車將在月球南極著陸探測(cè)揮發(fā)物找水。俄羅斯后續(xù)的月球26號(hào)探測(cè)器叫月球-土壤，它其實(shí)是俄印合作項(xiàng)目，印度研制軌道器和月球車，俄羅斯負(fù)責(zé)著陸器，其實(shí)月球25和26號(hào)的著陸器就是完全相同的東西。說(shuō)白了，印度人想爭(zhēng)熱點(diǎn)去南極找水，但月球南極山高谷深地形崎嶇不平，降落的難度大危險(xiǎn)性高，印度人對(duì)自行著陸南極缺乏自信，而蘇聯(lián)在冷戰(zhàn)時(shí)代多次實(shí)施月球軟著陸，經(jīng)驗(yàn)豐富，俄羅斯人自己的月球25號(hào)還要先著陸試一試。于是印度喊著老司機(jī)帶帶我，印俄合作結(jié)碩果了。
天有不測(cè)風(fēng)云，2011年俄羅斯把福布斯-土壤探測(cè)器打飛了，連帶我國(guó)的螢火一號(hào)火星探測(cè)器也燒成了灰，不僅對(duì)中國(guó)航天是個(gè)噩耗，也嚴(yán)重打擊了印度人的信心。接下來(lái)月球25號(hào)還反復(fù)推遲，印度人只好痛下決心扔了拐杖，自行研制月球著陸器，這就是月船二號(hào)的Vikram著陸器。Vikram是印度航天之父，單從這個(gè)名字就能看出印度的決心和對(duì)它的期待。Vikram著陸器使用5臺(tái)800牛發(fā)動(dòng)機(jī)，并且發(fā)動(dòng)機(jī)具有節(jié)流能力，用于實(shí)現(xiàn)月球軟著陸，它還獨(dú)具一格的使用了內(nèi)置月球車的設(shè)計(jì)，月球車在著陸器的腹部，通過(guò)一個(gè)展開(kāi)的金屬板駛上月球表面。禍兮福之所倚，拋開(kāi)了俄羅斯的著陸器，也脫離了俄羅斯航天的拖沓，現(xiàn)在俄羅斯月球25號(hào)發(fā)射時(shí)間又從2019年延期到2021年了，要是當(dāng)年繼續(xù)和他們合作，印度月船二號(hào)探測(cè)器哪能現(xiàn)在就上天呢。
月球極區(qū)降落大為不易，印度最早試圖在南緯85度左右著陸，但權(quán)衡了風(fēng)險(xiǎn)后著陸點(diǎn)還是改為南緯70.9度/東經(jīng)22.78度，也就是在Manzinus C和Simpelius N兩個(gè)撞擊坑中間。相比南極點(diǎn)附近極為陡峭的地形，南緯70度雖然仍在極區(qū)范圍內(nèi)，但地形相對(duì)平緩多了，有利于印度這個(gè)新手著陸成功。如今，印度的月船二號(hào)已經(jīng)發(fā)射升空，一個(gè)半月后將挑戰(zhàn)月球極區(qū)降落，它能否成功成為人類第一個(gè)月球極區(qū)探測(cè)器，還是讓我們拭目以待吧。
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