争当落月第四国,印“月船”2探测器上路

争当落月第四国,印“月船”2探测器上路


火箭起飞

【综合消息】历经多次推迟后,印度“静地卫星运载器”(GSLV)3(2)型运载火箭7月22日在斯里哈里科塔岛的萨迪什·达万航天中心发射了“月船”2月球探测器。火箭于印标准时间14时43分(北京时间17时13分)点火起飞,974秒后器箭成功分离。

“月船”2的着陆器部分预计将在9月7日在月面上实施着陆。若能成功,印将成为继俄罗斯、美国和中国之后第4个有探测器在月面上成功软着陆的国家。由于中国“嫦娥”4任务的着陆器和漫游车仍在工作,届时还可能出现月面上同时有两组探测器在工作的情况,而这是上世纪70年代以来从未有过的。以色列由私人出资建造的“创世纪”着陆器今年早些时候的尝试最终以失败告终。

本次发射原定7月15日进行,但当天的发射尝试在倒计时进行到距点火起飞还有56分钟时因发现火箭存在技术问题而取消。据报道,问题显然与GSLV-3火箭上面级的氦增压系统有关,但事实证明解决起来并不难。为让着陆器仍能赶在预定着陆区的早晨实施着陆,从而让着陆器和漫游车在月夜降临前能有14天的有日照时间开展探测,发射必须尽快进行,否则就要再等较长一段时间。因发射时间推迟一周,印度空间研究组织(ISRO)对任务程序做了适当调整,让着陆时间只比原定的9月6日推后了一天。新任务程序的最大变化是探测器从进入绕月轨道到同着陆器分离的时间有所缩短,从此前的4周压缩到了13天。

这是GSLV-3型火箭的首次实用飞行。此前的一次亚轨道试飞和两次入轨试飞均获成功。作为印目前最大的火箭,GSLV-3是由两个芯级加两台固体捆绑构成的三级火箭,绰号“巴霍巴利王”。两台捆绑助推器采用S200发动机,L110芯一级采用两台改进型“维卡斯”液体发动机,C25芯二级(上面级)采用CE-20国产低温发动机。该火箭直径4米,高43.43米,起飞重量640吨,600公里以下低地轨道运载能力接近8吨,静地转移轨道运载能力约为4吨。GSLV-3(2)型配置芯一级改用了“大推力维卡斯发动机”(HTVE),已在去年11月第二次试飞时启用。

ISRO称,包括设计、研制和发射,“月船”2任务共耗资约1.42亿美元。“月船”2是继“月船”1之后印度开展的第二项探月任务,由轨道器、着陆器和漫游车组成,完全由印自行研制。作为印首项行星探测任务,“月船”1探测器于2008年底成功进入月球轨道,在因过热而提早报废之前开展了近一年的探测工作。虽过早报废,但印度仍宣称这项任务是成功的,一项重要成果是帮助在月球上发现了水分子/羟基物质。

ISRO称,“月船”2将采用和试验各种新技术,并开展新的科学实验,包括首次在月球极区附近开展着陆探测。ISRO主席西万称,若获成功,“月船”2任务将为印更大胆的空间探测任务铺平道路,包括对火星和小行星进行着陆探测以及金星探测。他说,这项任务意在展示印具备在其它天体上实施软着陆的技术实力。ISRO卫星中心(现已更名为拉奥卫星中心)前主任安纳杜拉伊去年曾表示,世界上已再次兴起探月热,而印在这方面不能落后。

“月船”2在月球轨道上(效果图),上方是着陆器及所载月球车

“月船”2轨道器的仪器将采集月球地形地貌、矿物学、元素丰度、月球外逸层以及羟基和水冰特征等科学信息。着陆器和漫游车上的仪器将采集有关月球等离子体薄层以及氦3等同位素的数据。氦3是未来核聚变反应堆的潜在燃料。

“月船”2项目曾拟同原俄罗斯联邦航天局合作开展。双方2007年11月签订了合作协议。按2008年时的设想,印方将提供漫游车和轨道器,而着陆器则由俄方提供。发射原定2013年进行,由印方负责。但受俄“火卫一-土壤”任务2011年11月失败影响,俄方后提出修改“月船”2任务设计方案,以提高俄方设备的可靠性。修改方案需增加着陆器重量,而这将要求印方减小漫游车重量,从而会影响到漫游车的可靠性。印方为此对任务进行了全面评审,确定能够自行研制出着陆器模块,因而决定独立开展这一项目。

决定独立研制后,“月船”2任务最初定于2016年12月发射,后几经推迟。去年3月进行的一项评审发现,除非对着陆器做某些改进,“月船”2着陆器的软着陆将会非常棘手。为解决软着陆问题,ISRO决定进行一系列修改,包括增设液体发动机等设备和调整飞行程序。这导致探测器发射重量增加600公斤,从而促使ISRO决定把发射用的火箭从GSLV-2型的一个升级型号换成运载能力更大的GSLV-3型火箭。另外,原本拟直接实施着陆的着陆器将改为先沿100公里×30公里的椭圆轨道绕月飞行几圈,以在关键的动力下降段开始前对各系统性能进行评定。最终的着陆程序将持续15分钟。着陆器据信今年4月份在一次试验中出了小的技术问题,导致发射时间再度推迟。

着陆器正在吊装到轨道器上

设计调整后的“月船”2探测器发射重量为3850公斤。它要首先被发射到170公里×39120公里的一条地球停泊轨道,再通过一系列机动来提升轨道,进而踏上地月转移轨道。探测器将在进入月球引力势力范围后利用推力器减速,从而被月球捕获,进入绕月运行轨道。进入绕月轨道时间预计是8月20日前后。它随后将再通过一系列机动变轨进入100公里的圆轨道。

轨道器部分重2379公斤,将在100公里轨道上绕月运行,配备8套仪器。这些仪器分别是:1)“地形测绘相机”(TMC)2,将用两台相机对月面进行三维测绘,以绘制对月球矿物和地质研究必不可少的三维地图。2)“月船2大区域软X射线谱仪”(CLASS),用于月面矿物丰度测绘。3)“太阳X射线监测仪”(XSM),用于观测太阳X射线辐射。4)“月船2大气成分探测仪”(ChACE)2,又称“中子质谱仪”,用于对月球外大气层进行详细研究。5)“双频合成孔径雷达(SAR)”,将在L和S波段对月面进行测绘。6)“成像红外光谱仪”(IIRS),将测定月面水/羟基的丰度。7)“轨道器高分相机”(OHRC),将在着陆器同轨道器分离之前对着陆场进行高分观测。8)“双频射电科学”(DFRS)实验设备,用于研究月球电离层电子密度随时间的变化。轨道器将开展一年的探测任务。

“月船”2的着陆器用已故印度航天之父维克拉姆·萨拉伯依的名字被命名为“维克拉姆”。同“月船”1携带的对月面实施了撞击的“撞月探测器”不同,“月船”2的着陆器将在月面上实施软着陆,然后放出漫游车。

着陆器拟在9月2日前后同轨道器分离,随后逐渐降低轨道高度,最终拟在9月7日从30公里高度上开始执行着陆程序。15分钟的最终着陆程序之复杂是ISRO从未经历过的,其间5台可调节液体发动机将控制下降速度,一台激光测距仪将引导着陆器落向预定着陆区。预定着陆地点是曼济纳斯C和辛普路斯N两座环形山之间的一片高地,位置为南纬70.9度和东经22.8度。这将是首次有人类探测器到月球极区附近开展着陆探测。以往月球着陆探测的地点都在赤道附近。由于极区光照少,着陆器和漫游车在用电上必须精打细算。两者需尽力利用好在月球上的第一个白天(相当于地球上的14天),因为地面控制部门有可能会在漫长的月夜过后无法把它们唤醒。

着陆器重1471公斤。在放弃同俄方合作后,印只能自行开发软着陆相关技术,涉及高分相机、导航相机、避障相机、800牛可调节液体主发动机及姿控推力器、高度计、速度计、加速度计和配套软件。着陆器上的有效载荷包括用于研究着陆场附近月震的“月震活动仪”(ILSA)、用于估测月面热特性的热探针“钱德拉表面热物理实验”(ChaSTE)和用于测量月面等离子体密度与变化的“月球附着超敏感电离层和大气层无线电解剖学(RAMBHA)-朗缪尔探针”。

着陆器效果图

半自主式漫游车被命名为“智慧”(Pragyan),重量仅有27公斤,依靠太阳能供电,采用轮式设计,设有6个轮子,其中4个能独立转向。它将在着陆器着陆后约4小时部署出去,用于开展现场化学分析,研究水在月面上的分布,所获数据将通过轨道器传回地球。漫游车上的有效载荷包括“激光诱导击穿光谱仪”(LIBS)和“阿尔法粒子诱导X射线光谱仪”(APIXS),后者将用来测量着陆位置岩石的元素成分。漫游车最多能行驶500米,行驶速度为1厘米/秒。它只能同着陆器通信。

最初有报道称,NASA和欧空局会通过为轨道器提供某些科学仪器来参与“月船”2任务,而印方后来称,由于重量限制,本次任务将不携带任何国外有效载荷。不过,NASA官员3月份在月球与行星科学会议上首次证实,“月船”2上载有美方的激光后向反射器装置,供科学家用来精确测定同月球的距离。以色列4月11日落月失败的“创世纪”着陆器上也载有由NASA提供的这种激光后向反射器装置。

© 2019 爱讯头条 秀色女神

京ICP证140141号 邮箱: joy611@126.com