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奔向月球南极印度“月船二号”能带来什么?

发布时间: 2019-08-07

  7月22日,印度月船二号探测器由GSLVMKⅢ火箭从萨蒂什达万航天中心发射升空。这是印度新一代GSLVMKⅢ火箭的第三次轨道发射。“月船二号”作为印度的第一个月球软着陆探测器,将在人类历史上首次尝试在月球南极着陆。那么,“月船二号”相较世界其他国家发射的月球探测器又有哪些特点呢?

  GSLVMKⅢ火箭将3.85吨重的月船二号探测器送入轨道,自2017年以来已经连续3次发射成功。本次发射,GSLVMKⅢ火箭成功将“月船二号”送入170公里×45000公里的椭圆轨道。

  印度空间研究组织表示,轨道远地点比早期方案高了约6000公里,或者说火箭运力提高了15%,印度大火箭发挥很稳定,但“月船二号任务”的关键和焦点始终是探测器。“月船二号”的设计相当复杂,它在月球探测中首次采用了“绕落巡”的设计方案。

  “月船二号”由印度大火箭一次发射升空,探测器由月球轨道器、Vikram号月球着陆器和Pragyan号月球巡视器3个部分组成。相比简单的月船一号轨道器,“绕落巡”方案的技术难度有了很大跨越,对印度航天提出了巨大的挑战。

  “月船二号”以“绕落巡”设计在人类无人月球探测中首开先河,体现了印度航天的进取心。虽然,印度整体只是一个第三世界国家,在航天领域的投入也不算大,但印度航天仍然做出了很多成绩,成为该国不可多得的国际名片。“月船二号”选择这种难度和复杂度较高的方案,一个重要原因就是“人类首次”这样的宣传亮点,同样,他们在探测器着陆选址上也费了一番心思。

  在过去的几十年里,人类发射了100多颗月球探测器,其中既有难度低的飞掠器和环绕轨道器,香港马会最快开奖直播。也有复杂一些的着陆器和取样返回探测器。包括6次阿波罗载人登月在内,人类在月球上进行了20次软着陆。其中,我国嫦娥四号探测器还实现了人类首次月球背面软着陆。

  虽然,“月船二号”是印度实施的第一次月球软着陆,但作为人类的第21次软着陆要获得关注,还要有独特的亮点才行,所以,印度的选择就是登陆月球南极。

  人类发射的无人和载人月球着陆器虽多,但着陆区域都局限在月球中低纬度。印度“月船二号”则选择了月球南纬70.9度、东经22.78度的着陆点。这里位于ManzinusC和SimpeliusN两个陨石坑中间,是一片相对平坦的区域。

  事实上,“月船二号”早期甚至打算在月球南纬85度的位置着陆,这里地形极为复杂,软着陆难度很大,而且靠近南极点的太阳高度角很低。

  极区工作的月球车需要将太阳能帆板竖起来,才能确保足够的电力供应。虽然综合权衡着陆难度等因素后,印度退而求次选择了南纬70.9度的着陆点,但竖立月球车的太阳能帆板设计仍然保留下来,成为印度月球车Pragyan的标志性设计。“月船二号”Vikram着陆器的太阳能电池安装在大角度的侧壁上,同样是适应月球极区光照条件的设计。

  我国嫦娥四号探测器已经创下了首次月球背面软着陆的记录,着陆点被命名为天河基地,而印度的“月船二号”目标是月球南极,说不定也能名留史册。

  月球南极是未来月球探测的热点,这里存在大量的水冰,不仅可供月球基地和人员使用,还能用于生产氢氧推进剂反哺航天活动;极区太阳高度角低还有额外的好处,在月昼期间那里不太热,而月夜间也不太冷,比月球中低纬度地区更适合人类活动;月球极区还存在永久阴影区和永久光照区,是建造月球基地开展月球开发的风水宝地。

  如果“月船二号”着陆成功,将成为人类航天史上第一个在月球极区着陆器的航天器,也是人类月球探测的里程碑,让印度航天获得空前的国际声誉。这也难怪印度人首次软着陆就要选在极区。

  “月船二号”虽然重达3.85吨,但其中2379公斤是轨道器,剩下的1471公斤才是着陆器和巡视器。究其原因,除了“绕落巡”设计本身的复杂性外,最主要的原因还是GSLVMKⅢ火箭运力不足,无法直接将探测器送入地月转移轨道,只能用轨道器负责变轨机动,导致轨道器变得笨重且庞大。同时,还导致着陆器不大且月球车很轻。印度航天面对这样的不利局面,在探测载荷上仍然力求有所作为。

  印度为“月船二号”设计了巨大的轨道器,尺寸为3.2×5.8×2.1米。这虽是火箭运力有限的无奈之举,但体型大也可以带更多的载荷。月船二号轨道器将运行在100公里×100公里的环月轨道上,轨道器设计寿命1年,供电功率1千瓦,带有8个探测载荷,其中除了TMC地形相机、软X射线谱仪和L/S波段SAR雷达这样比较常见的载荷外,最大的亮点当属高分辨率相机。

  这部相机可以一次对12公里×3公里的区域成像,成像分辨率高达0.32米,分辨率指标比美国的LRO探测器还高,而LRO探测器高分成像时在50公里高度轨道。换句话说,印度轨道器高分相机的实际分辨能力比美国LRO相机高3倍多。

  另外,印度将首先用这部相机拍摄预定的落区,获取高分辨率影像用于着陆器避障,着陆完成后轨道器的相机将用于后续的科学考察任务。

  作为有史以来月球轨道上分辨率最高的相机,它肯定还会用于月球“考古”,拍摄阿波罗登月以及其他着陆器的着陆场所,或许不远的将来我们就能看到更清晰的“嫦娥”和“玉兔”照片。

  “月船二号任务”的月球车Pragyan只有27公斤重,是有史以来最轻、最小的月球车。印度月球车使用6轮设计,太阳能帆板只能提供50瓦的电力,而且没有月夜抗寒设计,所以设计寿命只有14天,也就是一个月球日。印度月球车的移动速度为1厘米/秒,但它不具备独立通信能力,只能通过着陆器和地球联系,设计行驶距离为500米,毕竟它寿命有限,如果走得太远就会失联。

  即使如此,印度月球车也精心设计了载荷,它携带了粒子激发X射线谱仪(APXS)和激光诱导击穿光谱仪(LIBS)。APXS用于探测月壤和月岩的物质组成,LIBS可以定量测量月球表面的元素组成,月球车原位探测加上APXS和LIBS的结合,可以更有效地定量和定性分析月球表面的物质和元素,为月球地质和演化研究提供宝贵的第一手数据。

  值得一提的是,印度月球车是世界上第二个携带LIBS的地外巡视器,它很可能为月球极区水资源探测提供更直接和充分的证据。

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