印度“月船2号”为什么着陆失败？

shuszhao

2019年9月7日，凌晨2:15（北京时间7日凌晨4:45），印度空间研究组织(ISRO，后面简称之)正式宣布登月失败：印度“月船2号”着陆器在距离月球表面2.1公里处失联，根据现场发射中心的模拟视频数据来看，这台月球探测器是翻着跟头摔下去的，有网友猜测它可能摔得支离破碎，没有挽救的可能性了。而ISRO在与‘月船2号’着陆器失去联系一天后，也就是2019年9月8日，成功在月球表面将其找到。”据《今日印度》、新德里电视台(NDTV)等多家媒体8日最新消息，ISRO负责人西万(K Sivan)当天对ANI通讯社表示，“月船2号”月球探测器所携带的“维克拉姆”(Vikram)着陆器已经位于月球表面，地面站正在努力与其建立联系。
《今日印度》介绍，该着陆器是在“月船2号”轨道器的帮助下被找到的，轨道器成功拍下了“维克拉姆”着陆器的热成像。ISRO已经能够确认“维克拉姆”着陆器，但其自身状况还有待确定。
今天来分析一下，印度“月船2号”为什么会着陆失败？


一、资金预算

登陆月球是一项庞大的系统工程，没有钱是万万不能的，前苏联就是一个例子。
印度：
印度的登月计划预算是1.5亿美元。
美国：
美国的阿波罗计划（Project Apollo）总共耗资240亿美元。阿波罗是航空航天局从1961年-1972年从事的一系列载人航天任务，于1960年代的10年中，主要致力于完成载人登陆月球和安全返回地球的目标。1969年，阿波罗11号宇宙飞船达成了上述目标，尼尔·阿姆斯特朗成为第一个踏足月球表面的人类。为了进一步执行在月球的科学探测，阿波罗计划一直延续到1970年代早期。总共耗资240亿美元（相当于2016年时的1070亿美元），因此有人认为，资金是美国能够领先一步登陆月球的最大因素。
前苏联：
前苏联究竟在登月计划中投入了多少资金，目前档案还没有解密。从有限的公开材料可知，从1966年—1970年，苏联在外层空间项目上共投入79亿卢布（按照当时汇率，约合240亿美元），其中约20%，即48亿美元用于登月计划。
中国：
那中国的“探月”工程花了多少钱呢？据探月工程首席科学家欧阳自远院士说，探月工程一期总经费是14亿元人民币，分三到四年使用，每年最多4亿元，大概是14公里高速公路或者两三公里地铁的造价。
而2006中国的国民生产总值是209407亿元，税收收入是37636亿元。年探月费用占国民生产总值不足十万分之二，占税收仅万分之一。
“探月”工程第一期花费了14亿，三期全部估计花费约50亿人民币。



二、技术

航天飞行器火箭发动机有一项重要的技术需求，就是功率越大越好。比如同样达到8000牛的推力，3台2880牛的发动机，比10台800牛的发动机要强得多。原因也很好理解，只要是机器设备，都存在一定的故障率。发动机数量越少，全程出现故障的可能性就越低。比如说现在的技术能保证发动机每发射100次才会出一次故障，那么三台发动机的火箭全程不发生故障概率是99%×99%×99%=97%；那么10台发动机呢？就是99%的10次方：90.4%。

发射中的月船2号

这是在稳定性相对较好的情况下，如果发动机本身的可靠率不高，譬如只有90%，那么3台发动机整体不出故障的概率是72.9%，虽然勉强能够接受，但10台发动机的安全概率却只有34.8%了。

轨道器、登陆器和月球车

印度的月船2号采用5台800牛的小发动机捆在一起，一方面是由于印度没有大功率发动机，另一方面他们也没有研发成功可变推力技术。月球由于引力太小和没有磁场保护，所以没有空气，因此，飞行器的降落完全靠发动机的推力来抵消重力。我国嫦娥3号使用的是一台1500~7500N的大幅可变主发动机，在降落时会逐渐降低发动机的功率，让登陆器缓缓下降，当距离月球表面足够近时才关火着地。印度则是通过关发动机的方法实现降落…………

印度的5台发动机

这种方法随便想想就能知道，实在是太不靠谱了。
首先是推力方向的不稳定，因为5台发动机分布的方位不同，一台一台关闭发动机必然导致受力出现偏移。
其次是关闭发动机会导致受力急剧变化而非线性变化，就好像吊电梯的钢索突然断了一根，电梯肯定会急剧的向下坠一段。
这二者都给稳定性造成了极大的挑战，容易出现空中翻跟头的情况。

嫦娥三号的单台发动机

正是因为以上2点，这种技术方案还带来一个巨大的副作用。就是为了保持稳定性，必须要延长喷火着陆的时间，而喷火时间越长，所需的燃料就越多，印度这次着陆器搭载的月球车就只有25公斤；相比之下，嫦娥3号的月球车是140公斤，跑起来的速度是印度的5倍（当然我们到月球并不是去飙车的，那确实他们飙车也飙不过我们）。看来这台月球车的任务不过是写下的“印度到此一游”这几个字罢了……
屋漏偏逢连夜雨，通过上面的内容，大家已经知道印度这个着陆器的稳定性很差，那么按道理来说，就应该多安装姿态调整发动机，保护着陆器在空中不会翻跟头。嫦娥三号用了总共28个姿态调整发动机，有150牛和10牛推力的大小两种规格，可以非常准确的调整姿态。

计划中的登月路线

然而，印度的“月船2号”却只搭载了8个50牛的姿态调整发动机，本来稳定性就差，在调整发动机上还投入不够，翻车几乎成了必然事件。这一次印度的登月计划只用了1.5亿美元，而嫦娥三号用了14亿人民币。看上去好像差不多，其实根本不能同日而语，因为印度的航天器大量配件都是从其他国家购买的，堪称“万国牌”，价格非常昂贵。但嫦娥3号绝大多数都使用的是自主研发的器件，很多部件的价格和印度相比能差到10倍到15倍以上！也就是说，按购买力来计算的话，嫦娥3号的综合造价可能是印度月船2号的10倍！

迷你小小月球车

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