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[猎奇]月船三号奔月抄近道，无视1.5万公里高度差，印度网友：世界自豪 [25P] [复制链接]

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只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 2023-08-08

— 本帖被 xgch 执行加亮操作(2023-08-08) —

本周二，凌晨3时02分，印度空间研究组织正式官宣，月船三号探测器成功实施了第六次变轨任务，此次任务也被称为“跨月注射”，以我们的用语习惯就是“进入地月转移轨道”，该探测器终于完成了地球段轨道抬升任务，下一站就是月球。

月船三号入轨初始轨道曾出现偏差，原计划初始轨道：近地点170公里、远地点36500公里，实际初始轨道：近地点138公里、远地点36306公里，但这并没有打乱月船三号探测器及其团队的任务节奏。
通过在轨任务实践看，月船三号并没有增加额外的变轨次数，这出乎了很多人的预料。
月船三号变轨数据记录：
初始轨道：近地点138公里，远地点36500公里
第一次变轨：近地点173公里，远地点41762公里
第二次变轨：近地点226公里，远地点41603公里
第三次变轨：近地点228公里，远地点51400公里
第四次变轨：近地点233公里，远地点71351公里
第五次变轨：近地点236公里，远地点127603公里
第六次变轨：地月转移

再来对比四年前月船二号变轨数据记录：
初始轨道：近地点169.7公里，远地点39120公里
第一次变轨：近地点230公里，远地点45163公里
第二次变轨：近地点251公里，远地点54829公里
第三次变轨：近地点276公里，远地点71792公里
第四次变轨：近地点277公里，远地点89472公里
第五次变轨：近地点276公里，远地点142975公里
第六次变轨：地月转移
可以看到，月船三号第五次变轨后的远地点比月船二号第五次变轨后的远地点高度低了约1.5万公里，不仅如此，月船二号从入轨到实施地月转移用时22天，月船三号仅用时18天。
意味着月船三号无视约1.5万公里的高度差，用抄近道的方式，提前4天踏上了奔月旅程。

月船三号

月船三号抄近道操作的成功要归功于月船二号：
众所周知月船二号承担软着陆月面任务的着陆器最终以高速撞击月面而告失败，但它的服务舱作为一个高价值绕月遥感探测器仍然是成功的。
月船二号服务舱搭载了众多科学探测载荷，至今仍在正常工作，其中尤以高分辨率相机最为出彩，这台相机的分辨率是目前人类部署月球轨道的相机载荷中最高的，甚至比NASA的LRO月球勘测轨道飞行器的LROC窄视场相机的0.5米分辨率还要高，达到了0.3米，还成功拍摄了阿波罗12号的登月遗址。

印度月船二号与NASA的LRO探测器，分别拍摄的阿波罗12号登月遗址。

也正是因为月船二号服务舱的成功，所以月船三号服务舱就不再需要搭载过多的科学探测载荷，节省出来的重量资源就可以装载更多的燃料，以备不时之需，从而提高了月船三号探测器的设计可靠性。
装载更多燃料的月船三号服务舱在地球绕飞加速阶段发挥了重要作用，首先是在遭遇入轨初始轨道偏差后，成功实施了近地点抬升任务。在第六次变轨，也就是跨月注射任务中，可以有更多的燃料保障，进行更长时间的点火，获得更大的速度增量，从而一步跨过相较于月船二号第五次变轨约1.5万公里的高度差。

月船三号探测器的服务舱

从月船三号的任务实践可知，初期的入轨偏差责任是LVM3火箭的责任，而探测器的在轨实践则证明，截至目前它仍是无可挑剔的，每一次变轨操作都是精准的，甚至地月转移前的第五次变轨的轨道误差也仅有5公里，要知道此时的远地点已经是十几万公里量级，可以说是非常精确。
月船三号成功奔月的消息也让印度网民都很兴奋：

还有人说，这是令世界自豪的印度成就，这就有点夸张了：

但愿他们在看到成绩的同时，也能看到自身的差距所在。
从月船一号到月船三号，这已经是印度航天实施的第三次月球任务，然而，时至今日他们仍然不具备地月直接转移能力，而我们早在十三年前的嫦娥二号任务中就已经实现地月直接转移。

地月直接转移轨道

即便是同样以绕地球转圈加速抬升轨道的嫦娥一号与月船三号相比，前者也更为出色。
嫦娥一号入轨的初始轨道是近地点205公里，远地点50930公里，远地点直接比月船三号高了约1.2万公里，然后就是一次近地点抬升、三次远地点抬升，而后直接进入地月转移轨道，用时仅7天，是月船三号同类任务用时的二分之一不到。
当然了，绕地球圈数和用时，主要取决于运载火箭的运力，初始轨道更高，用时当然也就更短。
运载火箭运力的提升客观上需要时间，而更考验功力的就是月船三号接下来要面临的另一个大考：近月制动。

嫦娥二号近月制动实拍画面

近月制动指的是在地月转移轨道高速飞行的航天器动力减速，并建立正常姿态，使其环绕月球飞行。
近月制动有两大风险，一是减速量过大，导致与月球相撞，再就是减速量过小，导致与月球擦肩而过，不论是过大还是过小，都将导致整个任务的失败。
从两大风险来看，近月制动的高度越低，越能证明测控实力，因为这事关测控系统能否对航天器进行精确的测定轨，并精准控制探测器发动机的工作时间，就像打靶能否正中靶心一样的逻辑。
根据月船二号的数据看，接下来月船三号预计将进入近月点114公里、远月点18072公里的大椭圆轨道，然后再经过几次变轨进入到100公里圆轨道。

与之对比，早在嫦娥三号任务时期，我们就已经能够直接进入近月点100公里的圆轨道，从近月点高度更低来看，我们测定轨实力更强。
从远月点来看，印度是1.8万余公里，比我们高了1.7万余公里，这说明月船三号服务舱的轨控发动机能力较弱，无法一步到位提供圆轨所需的速度增量。
月船三号服务舱仅配置有1台推力为440N的轨控发动机，与之对比嫦娥三号是7500N变推力发动机，推力是前者的17倍有余。

月船三号服务舱440N轨控发动机

嫦娥三号7500N变推力降落发动机兼轨控发动机

我们在观察印度航天落后一面的同时，也要看到他们的进步性。
印度航天究竟有没有月球轨道测控能力？
以往人们常说，印度的月球探测器都是靠NASA的深空测控网，这其实是先入为主的认识。关于这个问题，其实我国航天科技集团官网早在十五年前印度月船一号发射任务的报道中就给出了答案：

印度事实上在月船一号任务开始之前，就已经在距班加罗尔约40公里的比亚拉普建设了深空测控站，该站有配置有32米、18米、11米三种尺寸的测控天线，其中32米口径天线采用轮轨式设计，是月球、火星测控的主力天线，基于这些天线资产，印度成为了世界上少数几个拥有深空测控能力的国家。

印度深空站32米口径天线

印度深空站18米口径天线

32米口径天线，是不是有些瞧不上？
以如今我们的眼光来看，32米好像有点不够看，但它已经足够覆盖月球与火星的轨道，比如，我国喀什深空站，以及部署在海外的内乌肯深空站配置的都是35米口径天线，此类天线在嫦娥三号、嫦娥四号等月球探测任务中就发挥了重要作用。32米与35米两种口径尺寸天线的测控能力是相当的，区别只在于效率的高低。

我国海外内乌肯深空站的35米口径天线

冷知识：嫦娥一号任务时，我国深空测控硬件设施其实逊色于印度深空站
我国实施探月一期工程时测控能力限制一度成为整个工程的重大瓶颈，因为受当时的经费投入限制，无法投建大型深空站，而原有测控网都是服务地球卫星，测控天线口径甚至没有比12米更大的，最远测控距离不超过8万公里，难以触达38万公里远的月球轨道，但是嫦娥一号任务又是迫在眉睫，可以说是巧妇难为无米之炊。
然而办法总比问题多，我们先是在经费容许范围内投建了18米口径接收天线，以及测控相关的技术设备，初步实现了将服务于近地轨道航天器的S频段统一测控系统的测控距离由8万公里延伸至40万公里，触达了月球。

航天测控的一项重要工作就是对航天器在空间中的位置进行精确测量，这样才能有的放矢地控制航天器执行各种操作动作。
经过升级的S频段统一测控系统具备测距、测速、测角功能，但是当距离延伸至40万公里远时，测角精度就有100多公里误差，无法使用，这是什么概念？如果嫦娥三号基于这样的测控精度，那就大概率要撞击月球，或者与月球擦肩而过。
为此，我国科学家创造性提出了在测控系统中引入天文观测用射电天线，进行甚长基线干涉测量（VLBI），该系统具有极高的测角精度，就这样，我们在没有深空测控站的条件下，也成为了世界少数几个具备月球轨道测控能力的国家，该测控网络成功实施了嫦娥一号绕月探测任务，实现了我国深空探测的零突破。

云南天文台40米口径射电望远镜在嫦娥一号任务之前已经建成投入使

再看国际合作，印度月船一号与我们的嫦娥一号均有外援
两家在实施各自首次绕月探测任务时的测控能力基本一致，都具备了月球轨道的测控覆盖能力，但是两家当时也都没有覆盖全球的深空测控网。
没有覆盖全球的深空测控网，就无法实现对月球轨道航天器的全时测控，就必然存在盲区，为了尽快补上盲区就需要拉外援。
月船一号在东半球得到了俄熊湖测控站的支持，西半球则得到了欧空局与NASA深空网的支持。

月船一号探测器效果图

印度比亚拉普深空站32米口径天线

我国嫦娥一号任务在国际合作上也得到了欧空局库鲁深空站、新诺舍深空站的大力支持，帮助我们完成了部分空白弧段的遥测监视和测轨任务。

一般情况下，如果不是完全闹掰，航天测控资源的相互支持其实各家都乐见其成。
比如印度深空站的地理位置就很得天独厚，是欧空局的澳大利亚新诺舍深空站与NASA的西班牙马德里站之间万余公里纵深范围内唯一的深空测控站，两家在执行一些航天任务时也都希望得到印度深空站的测轨支持，所以只要是印度航天提出要求，他们基本都会照办。
要成为世界级航天强国，就必须拥有属于自己的全球测控网
大家应该还记得，十二年前嫦娥二号在完成绕月探测任务后进行了一系列的拓展探测任务：飞离月球轨道、日地拉格朗日L2点环绕、探测图塔蒂斯小行星、器地距离突破1000万公里、器地距离突破2000万公里、器地距离突破5000万公里……器地距离突破1亿公里。
强大的嫦娥二号当年其实并不打算这么干，而是计划在探测完月球之后转道去火星，后来之所以没有这么干，主要是因为深空测控网还没有建成，而国际合作也并不总是那么靠谱。

嫦娥二号对图塔蒂斯小行星近距离成像

比如嫦娥二号当年准备探测图塔蒂斯小行星时，本来用的是NASA开源的小行星轨道数据，结果他们突然关闭了这些数据，以至于我们不得不集合优势天文观测力量对这颗小行星进行测轨。
“自力更生”是永不过时的金科玉律。在嫦娥一号任务完成后，我国深空测控网建设就已经驶入了快车道，没用几年时间就建成了喀什、佳木斯两座深空站，后者还拥有66米口径的大型测控天线，而后又在海外建成了内乌肯深空站。

佳木斯深空站66米口径测控天线

喀什深空站35米口径测控天线

由此，我们建成了布局全球的深空测控网，测控覆盖率达到90%，测控距离最远已经可以触达冥王星，为后续实施火星探测、木星探测、太阳系边际探测等任务奠定了坚实基础。
随着天问一号火星探测任务的实施，我们又扩建了喀什深空站，打造了多部35米口径天线的天线组阵，并新建了口径达70米的数据接收天线，深空测控能力持续稳步提升。