露底了!印月船3号第三次变轨,轨道越来越怪:无法做到直奔月球

2023年07月19日13:40:07 科学 1777

遮遮掩掩、扭扭捏捏,印度“月船3号”实施第三次变轨后ISRO似乎不愿意对外公布最新轨道数据,虽然最后也公布了,但里面充满了蹊跷。

事情的经过是这样的。2023年印度航天局在东海岸附近的斯里哈里科塔使用LVM3“巨型”火箭将“月船3号”发射升空后,很快就对外宣布“月船3号”成功进入预定轨道。印度总理莫迪当时正在法国访问,兴奋地跑到推特上了留言:月船3号开辟了印度航天的新篇章。

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就在印度专家、网友庆祝月船3号成功发射时,美国太空军18SDS发布的监控数据狠狠打了他们一记耳光!18SDS是美国太空军第18太空防卫中队,负责监控所有绕地航天器,网友日常从Space-Track.org上获取的卫星轨道参数基本上都是18SDS监控记录的。

美国太空军全程监测了印度月船3号的发射和入轨,公布的轨道数据为138km x 36306km x 倾角21.3°。问题是印度ISRO最初的预定轨道为170 x 36500km,意味着月船3号近地点比预定降低了32km,远地点降低了194km。

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千万别小看近地点降低的二三十公里,它导致月船3号距离卡门线只有38公里,卡门线距离地面100公里,是大气层与外太空的分界线。月船3号在近地轨道照样受到稀薄大气的阻力和重量影响,稍有不慎就可能坠入大气层焚毁。我国天宫号空间站和美国主导的国家空间站每隔一段时间就需要启动发动机抬升轨道高度,也是这个原因。

为此,印度紧急对月船3号进行了第一次变轨,新轨道参数:173 x 41762km,近地点高度略有提升。7月17日印度ISRO公布了月船3号第二次变轨数据226 x41603km,近地点提升了53公里,远地点却降低了159公里,这在航天器变轨中极不正常,所以数据公布后有航天专家就猜测月船3号变轨过程中可能发生了意外。

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或许受到外界质疑的影响,7月18印度ISRO迟迟没有公布月船3号最新轨道数据,只是在官网上强调将在7月20日下午进行下一次变轨!ISRO这种说辞很快就在社交媒体引发了激烈讨论,很多人担心月船3号变轨失败以致出现意外!也就在这个时候ISRO在推特上公布了月船3号最新轨道数据:228x51400,远地点轨道提升了10000公里,近地点轨道却仅仅提升2公里!

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月船3号选择从环地轨道进入地月转移轨道,再从地月转移轨道进入环月轨道,这种方法没有错,且是一种难度较小、节省燃料的好方法,比如咱们的嫦娥一号也是采用的类似方法。

嫦娥一号于2007年10月24日发射,并顺利进入预定轨道200x51000km,近地点比印度月球3号有明显优势。之后嫦娥一号实施了第一次点火变轨,将近地点高度抬高到了600km;随后又进行了第二次、第三次点火变轨,远地点高度一次比一次大,并在第三次变轨后成功进入地月转移轨道。

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嫦娥1号和月船3号使用的这种方法叫调相轨道法,在最后一次近地点加速进入地月转移轨道,虽然节省燃料,但耗费时间。我国执行嫦娥2号探月任务时选择了一种更直接、更快速的方法,即直接将嫦娥二号发送到地月转移轨道,结果是嫦娥二号从发射到进入环月轨道只用了112h,远远小于嫦娥1号的13d14h19min。为直接将嫦娥2号送入地月转移轨道,运载火箭比嫦娥一号的长征三号甲火箭增加了两个助推器

同样,嫦娥5号也是由运载火箭直接送入地月转移轨道,途中经历两次轨道调整,历时112个小时成功进入环月轨道。在嫦娥5号高速靠近月球时实施了“刹车”制动以降低速度,避免速度大于低于月球逃逸速度,无法被月球引力捕捉!

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印度月船3号几次变轨处处透露着不寻常,也不采用类似嫦娥5号的方法直接进入地月转移轨道,根本原因是发动机动力不足及变轨技术存在缺陷所致。

印度月船3号搭乘的GSLV MARK III是印度运载能力最大的火箭,直径4米,高43.4米,起飞重量640吨,近地轨道LEO运载能力10吨。从参数上看GSLV MARK III性能还算可以,不过与其他国家的同类型火箭相比就原形毕露,比如我国长征7号运载火箭,起飞重量597吨,近地轨道LEO运载能力却达到了14吨,在重量比GSLV MARK III小的情况下,运力却增加了40%!

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土豆分析这与GSLV MARK III不太成熟的火箭分离技术有关。GSLV MARK III配备两个助推器,去掉推进剂后总重42吨,当火箭升空两个助听器熄火后并没有立即分离,而是被火箭拖着飞行了3秒,过程中势必会消耗大量推力!再加上其他因素导致GSLV MARK III性能不高。

这种情况下,印度月船3号只能依靠推进舱里的440N发动机进行多次变轨。令人担忧的是,一次次变轨下来月船3号将用掉大量燃料,还会有多余燃料用在探测器月球着陆吗?

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这真不是危言耸听,月船3号月球车重1.752吨,着陆器重1.726吨,推进舱为装入更多燃料减少到了2.148吨,总重量不算太小。月船3号还要执行2次变轨,飞往月球过程中还可能对轨道进行微调,进入月球轨道前再进行制动,这些动作都需要消耗燃料,那么月船3号剩余的燃料真够吗?需要打个问号!

原创:土豆

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