为何印度月船2号需要近2个月才能着陆月球 而中美只需要数周?

印度首次野心勃勃的着陆月球计划也引来了大量国人的关注,特别是媒体报道印度“月船2号”从7月15日发射后,还需要经过52天的时间才能着陆月球(近2个月),而不像中国或者美国登月飞船的一到两周,是不是媒体搞错了?去比月球远20倍的火星才需要6个多月,去月球怎么会那么久?经过求证后我们确认,印度前往月球,确实需要52天的时间

印度GLSV Mk 3火箭发射月船2号

做出52天登月的方案选择,印度肯定有他们自己的现实原因,而不能简单的用“印度飞船飞得慢”来概括。今天我们就以中国的嫦娥三号与印度的月船2号进行对比,帮大家来理解一下为何印度登月需要这么久的时间。

嫦娥三号:直接插入奔月轨道

嫦娥三号发射后,5天时间就进入了月球轨道,成了月球的一颗子卫星。这得益于长征三号乙火箭巨大的运力,直接把嫦娥三号送入了近地点几百公里、远地点38万公里的地月转移轨道,又称“奔月轨道”。飞船要进入奔月轨道,对速度是有一定要求的,常规方式奔月要达到接近第二宇宙速度的10.9公里/秒,这就要求火箭的运力要充足。

长三乙直接把嫦娥送入奔月轨道

奔月轨道也有不同的选择,最短的3天左右,长的可以有几个月甚至数年,这基本上取决于燃料和需求。但速度越快,对轨道控制的精度要求就越高,燃料消耗就越大,插入月球轨道的时候风险也就越大。因此大多数常规任务都选择周期为5天左右的普通轨道。

实际上嫦娥三号抵达月球轨道后,也是经过了数次变轨才最终进入了100×100的圆形轨道,再到侦察飞行和成功落月,又过去了一个周的时间。严格意义说嫦娥三号从发射到落月,总共用了2周的时间

月船二号:先去地球同步转移轨道 再5次变轨插入奔月轨道

印度飞船进入奔月轨道的方式就复杂得多。他们的GSLV Mk3火箭首先将飞船发射到近地点180公里,远地点40000公里的超同步转移轨道。然后每隔几天飞船都会在近地点进行点火,持续提高飞船的远地点轨道高度。这种操作大约要持续十余天、进行五次变轨,才可以把飞船的远地点从4万公里提高到38万公里左右。然后再经过5天的奔月飞行才能接近月球轨道,总计消耗约17天的时间

月船二号多次变轨示意图

从接近月球到成为围绕月球旋转的卫星,印度飞船还需要进行多次月球轨道刹车才能进入100公里的环月轨道。这个刹车过程也要进行5次,大约需要4天时间。因此印度飞船从发射到变成环月飞行最少需要21~22天的时间。然后再经过几天在轨飞行的检查和对月成像,总计就需要一个月左右(按7月15日发射算起此时已是8月中旬)

抵达环月轨道 静候日出时分

农历讲8月中旬正好是月圆时刻,就是说月球上的白天已经过去了一半,若此时登月,月球车工作不了几天就会进入黑夜,着陆器和月球车也会被冻死。因此飞船需要继续飞行20余天,直到下一次太阳从月球升起来的时候。大约在9月6日前后,印度的着陆器会在反推发动机的作用下减速落月,接下来的两周月球都是白天,可以满足印度着陆器和月球车14天的工作需求,这样算下来从发射到着陆就要52天了

月船二号在月球轨道等待

轨道如何选择 受运力所限

假定7月15日发射后,印度让飞船直接进入奔月轨道,那么印度可以在7月底就完成环月飞行,只需要在轨道上等待一周到8月8号,月球日出时就可以着陆。那样的话从发射到着陆的时间可以减少到24天,但印度为什么没有这样做呢?

有句话叫巧妇难为无米之炊,印度肯定愿意像中美俄一样直接将飞船送入奔月轨道,但无奈与印度现役最大的火箭GSLV Mk3,只能将月船2号送入地球同步转移轨道(GTO),速度和高度都远远达不到脱离地球轨道的要求。因此不得不出此下策,让飞船在地球轨道上使用发动机不断加速,最终让飞船进入奔月轨道。这就使得印度必须携带更多燃料,让整个飞船重量更大。

印度火箭运力达到极限无法直送奔月轨道

月船2号干重3吨多,基本到达了GSLV火箭的运力极限。如果飞船做的轻一点,也许还有直接进入奔月轨道的可能。印度也在开发下一代的大型火箭,届时将有能把8吨重的载荷送入月球轨道,而月球轨道的运输能力基本上代表了火星的运输能力,也是各国重型火箭发展的方向。最后希望通过今天的讲解,您对印度飞船去月球如此之“慢”的原因有了一个更加详细的认识。

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