本周二，凌晨3時(shí)02分，印度空間研究組織正式官宣，月船三號(hào)探測(cè)器成功實(shí)施了第六次變軌任務(wù)，此次任務(wù)也被稱為“跨月注射”，以我們的用語習(xí)慣就是“進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道”，該探測(cè)器終于完成了地球段軌道抬升任務(wù)，下一站就是月球。

月船三號(hào)入軌初始軌道曾出現(xiàn)偏差，原計(jì)劃初始軌道：近地點(diǎn)170公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)36500公里，實(shí)際初始軌道：近地點(diǎn)138公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)36306公里，但這并沒有打亂月船三號(hào)探測(cè)器及其團(tuán)隊(duì)的任務(wù)節(jié)奏。

通過在軌任務(wù)實(shí)踐看，月船三號(hào)并沒有增加額外的變軌次數(shù)，這出乎了很多人的預(yù)料。

月船三號(hào)變軌數(shù)據(jù)記錄：

初始軌道：近地點(diǎn)138公里，遠(yuǎn)地點(diǎn)36500公里

第一次變軌：近地點(diǎn)173公里，遠(yuǎn)地點(diǎn)41762公里

第二次變軌：近地點(diǎn)226公里，遠(yuǎn)地點(diǎn)41603公里

第三次變軌：近地點(diǎn)228公里，遠(yuǎn)地點(diǎn)51400公里

第四次變軌：近地點(diǎn)233公里，遠(yuǎn)地點(diǎn)71351公里

第五次變軌：近地點(diǎn)236公里，遠(yuǎn)地點(diǎn)127603公里

第六次變軌：地月轉(zhuǎn)移

再來對(duì)比四年前月船二號(hào)變軌數(shù)據(jù)記錄：

初始軌道：近地點(diǎn)169.7公里，遠(yuǎn)地點(diǎn)39120公里

第一次變軌：近地點(diǎn)230公里，遠(yuǎn)地點(diǎn)45163公里

第二次變軌：近地點(diǎn)251公里，遠(yuǎn)地點(diǎn)54829公里

第三次變軌：近地點(diǎn)276公里，遠(yuǎn)地點(diǎn)71792公里

第四次變軌：近地點(diǎn)277公里，遠(yuǎn)地點(diǎn)89472公里

第五次變軌：近地點(diǎn)276公里，遠(yuǎn)地點(diǎn)142975公里

第六次變軌：地月轉(zhuǎn)移

可以看到，月船三號(hào)第五次變軌后的遠(yuǎn)地點(diǎn)比月船二號(hào)第五次變軌后的遠(yuǎn)地點(diǎn)高度低了約1.5萬公里，不僅如此，月船二號(hào)從入軌到實(shí)施地月轉(zhuǎn)移用時(shí)22天，月船三號(hào)僅用時(shí)18天。

意味著月船三號(hào)無視約1.5萬公里的高度差，用抄近道的方式，提前4天踏上了奔月旅程。

月船三號(hào)

月船三號(hào)抄近道操作的成功要?dú)w功于月船二號(hào)：

眾所周知月船二號(hào)承擔(dān)軟著陸月面任務(wù)的著陸器最終以高速撞擊月面而告失敗，但它的服務(wù)艙作為一個(gè)高價(jià)值繞月遙感探測(cè)器仍然是成功的。

月船二號(hào)服務(wù)艙搭載了眾多科學(xué)探測(cè)載荷，至今仍在正常工作，其中尤以高分辨率相機(jī)最為出彩，這臺(tái)相機(jī)的分辨率是目前人類部署月球軌道的相機(jī)載荷中最高的，甚至比NASA的LRO月球勘測(cè)軌道飛行器的LROC窄視場(chǎng)相機(jī)的0.5米分辨率還要高，達(dá)到了0.3米，還成功拍攝了阿波羅12號(hào)的登月遺址。

印度月船二號(hào)與NASA的LRO探測(cè)器，分別拍攝的阿波羅12號(hào)登月遺址。

也正是因?yàn)樵麓?hào)服務(wù)艙的成功，所以月船三號(hào)服務(wù)艙就不再需要搭載過多的科學(xué)探測(cè)載荷，節(jié)省出來的重量資源就可以裝載更多的燃料，以備不時(shí)之需，從而提高了月船三號(hào)探測(cè)器的設(shè)計(jì)可靠性。

裝載更多燃料的月船三號(hào)服務(wù)艙在地球繞飛加速階段發(fā)揮了重要作用，首先是在遭遇入軌初始軌道偏差后，成功實(shí)施了近地點(diǎn)抬升任務(wù)。在第六次變軌，也就是跨月注射任務(wù)中，可以有更多的燃料保障，進(jìn)行更長(zhǎng)時(shí)間的點(diǎn)火，獲得更大的速度增量，從而一步跨過相較于月船二號(hào)第五次變軌約1.5萬公里的高度差。

月船三號(hào)探測(cè)器的服務(wù)艙

從月船三號(hào)的任務(wù)實(shí)踐可知，初期的入軌偏差責(zé)任是LVM3火箭的責(zé)任，而探測(cè)器的在軌實(shí)踐則證明，截至目前它仍是無可挑剔的，每一次變軌操作都是精準(zhǔn)的，甚至地月轉(zhuǎn)移前的第五次變軌的軌道誤差也僅有5公里，要知道此時(shí)的遠(yuǎn)地點(diǎn)已經(jīng)是十幾萬公里量級(jí)，可以說是非常精確。

月船三號(hào)成功奔月的消息也讓印度網(wǎng)民都很興奮：

還有人說，這是令世界自豪的印度成就，這就有點(diǎn)夸張了：

但愿他們?cè)诳吹匠煽?jī)的同時(shí)，也能看到自身的差距所在。

從月船一號(hào)到月船三號(hào)，這已經(jīng)是印度航天實(shí)施的第三次月球任務(wù)，然而，時(shí)至今日他們?nèi)匀徊痪邆涞卦轮苯愚D(zhuǎn)移能力，而我們?cè)缭谑昵暗逆隙鸲?hào)任務(wù)中就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)地月直接轉(zhuǎn)移。

地月直接轉(zhuǎn)移軌道

即便是同樣以繞地球轉(zhuǎn)圈加速抬升軌道的嫦娥一號(hào)與月船三號(hào)相比，前者也更為出色。

嫦娥一號(hào)入軌的初始軌道是近地點(diǎn)205公里，遠(yuǎn)地點(diǎn)50930公里，遠(yuǎn)地點(diǎn)直接比月船三號(hào)高了約1.2萬公里，然后就是一次近地點(diǎn)抬升、三次遠(yuǎn)地點(diǎn)抬升，而后直接進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道，用時(shí)僅7天，是月船三號(hào)同類任務(wù)用時(shí)的二分之一不到。

當(dāng)然了，繞地球圈數(shù)和用時(shí)，主要取決于運(yùn)載火箭的運(yùn)力，初始軌道更高，用時(shí)當(dāng)然也就更短。

運(yùn)載火箭運(yùn)力的提升客觀上需要時(shí)間，而更考驗(yàn)功力的就是月船三號(hào)接下來要面臨的另一個(gè)大考：近月制動(dòng)。

嫦娥二號(hào)近月制動(dòng)實(shí)拍畫面

近月制動(dòng)指的是在地月轉(zhuǎn)移軌道高速飛行的航天器動(dòng)力減速，并建立正常姿態(tài)，使其環(huán)繞月球飛行。

近月制動(dòng)有兩大風(fēng)險(xiǎn)，一是減速量過大，導(dǎo)致與月球相撞，再就是減速量過小，導(dǎo)致與月球擦肩而過，不論是過大還是過小，都將導(dǎo)致整個(gè)任務(wù)的失敗。

從兩大風(fēng)險(xiǎn)來看，近月制動(dòng)的高度越低，越能證明測(cè)控實(shí)力，因?yàn)檫@事關(guān)測(cè)控系統(tǒng)能否對(duì)航天器進(jìn)行精確的測(cè)定軌，并精準(zhǔn)控制探測(cè)器發(fā)動(dòng)機(jī)的工作時(shí)間，就像打靶能否正中靶心一樣的邏輯。

根據(jù)月船二號(hào)的數(shù)據(jù)看，接下來月船三號(hào)預(yù)計(jì)將進(jìn)入近月點(diǎn)114公里、遠(yuǎn)月點(diǎn)18072公里的大橢圓軌道，然后再經(jīng)過幾次變軌進(jìn)入到100公里圓軌道。

與之對(duì)比，早在嫦娥三號(hào)任務(wù)時(shí)期，我們就已經(jīng)能夠直接進(jìn)入近月點(diǎn)100公里的圓軌道，從近月點(diǎn)高度更低來看，我們測(cè)定軌實(shí)力更強(qiáng)。

從遠(yuǎn)月點(diǎn)來看，印度是1.8萬余公里，比我們高了1.7萬余公里，這說明月船三號(hào)服務(wù)艙的軌控發(fā)動(dòng)機(jī)能力較弱，無法一步到位提供圓軌所需的速度增量。

月船三號(hào)服務(wù)艙僅配置有1臺(tái)推力為440N的軌控發(fā)動(dòng)機(jī)，與之對(duì)比嫦娥三號(hào)是7500N變推力發(fā)動(dòng)機(jī)，推力是前者的17倍有余。

月船三號(hào)服務(wù)艙440N軌控發(fā)動(dòng)機(jī)

嫦娥三號(hào)7500N變推力降落發(fā)動(dòng)機(jī)兼軌控發(fā)動(dòng)機(jī)

我們?cè)谟^察印度航天落后一面的同時(shí)，也要看到他們的進(jìn)步性。

印度航天究竟有沒有月球軌道測(cè)控能力？

以往人們常說，印度的月球探測(cè)器都是靠NASA的深空測(cè)控網(wǎng)，這其實(shí)是先入為主的認(rèn)識(shí)。關(guān)于這個(gè)問題，其實(shí)我國(guó)航天科技集團(tuán)官網(wǎng)早在十五年前印度月船一號(hào)發(fā)射任務(wù)的報(bào)道中就給出了答案：

印度事實(shí)上在月船一號(hào)任務(wù)開始之前，就已經(jīng)在距班加羅爾約40公里的比亞拉普建設(shè)了深空測(cè)控站，該站有配置有32米、18米、11米三種尺寸的測(cè)控天線，其中32米口徑天線采用輪軌式設(shè)計(jì)，是月球、火星測(cè)控的主力天線，基于這些天線資產(chǎn)，印度成為了世界上少數(shù)幾個(gè)擁有深空測(cè)控能力的國(guó)家。

印度深空站32米口徑天線

印度深空站18米口徑天線

32米口徑天線，是不是有些瞧不上？

以如今我們的眼光來看，32米好像有點(diǎn)不夠看，但它已經(jīng)足夠覆蓋月球與火星的軌道，比如，我國(guó)喀什深空站，以及部署在海外的內(nèi)烏肯深空站配置的都是35米口徑天線，此類天線在嫦娥三號(hào)、嫦娥四號(hào)等月球探測(cè)任務(wù)中就發(fā)揮了重要作用。32米與35米兩種口徑尺寸天線的測(cè)控能力是相當(dāng)?shù)?，區(qū)別只在于效率的高低。

我國(guó)海外內(nèi)烏肯深空站的35米口徑天線

冷知識(shí)：嫦娥一號(hào)任務(wù)時(shí)，我國(guó)深空測(cè)控硬件設(shè)施其實(shí)遜色于印度深空站

我國(guó)實(shí)施探月一期工程時(shí)測(cè)控能力限制一度成為整個(gè)工程的重大瓶頸，因?yàn)槭墚?dāng)時(shí)的經(jīng)費(fèi)投入限制，無法投建大型深空站，而原有測(cè)控網(wǎng)都是服務(wù)地球衛(wèi)星，測(cè)控天線口徑甚至沒有比12米更大的，最遠(yuǎn)測(cè)控距離不超過8萬公里，難以觸達(dá)38萬公里遠(yuǎn)的月球軌道，但是嫦娥一號(hào)任務(wù)又是迫在眉睫，可以說是巧婦難為無米之炊。

然而辦法總比問題多，我們先是在經(jīng)費(fèi)容許范圍內(nèi)投建了18米口徑接收天線，以及測(cè)控相關(guān)的技術(shù)設(shè)備，初步實(shí)現(xiàn)了將服務(wù)于近地軌道航天器的S頻段統(tǒng)一測(cè)控系統(tǒng)的測(cè)控距離由8萬公里延伸至40萬公里，觸達(dá)了月球。

航天測(cè)控的一項(xiàng)重要工作就是對(duì)航天器在空間中的位置進(jìn)行精確測(cè)量，這樣才能有的放矢地控制航天器執(zhí)行各種操作動(dòng)作。

經(jīng)過升級(jí)的S頻段統(tǒng)一測(cè)控系統(tǒng)具備測(cè)距、測(cè)速、測(cè)角功能，但是當(dāng)距離延伸至40萬公里遠(yuǎn)時(shí)，測(cè)角精度就有100多公里誤差，無法使用，這是什么概念？如果嫦娥三號(hào)基于這樣的測(cè)控精度，那就大概率要撞擊月球，或者與月球擦肩而過。

為此，我國(guó)科學(xué)家創(chuàng)造性提出了在測(cè)控系統(tǒng)中引入天文觀測(cè)用射電天線，進(jìn)行甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量（VLBI），該系統(tǒng)具有極高的測(cè)角精度，就這樣，我們?cè)跊]有深空測(cè)控站的條件下，也成為了世界少數(shù)幾個(gè)具備月球軌道測(cè)控能力的國(guó)家，該測(cè)控網(wǎng)絡(luò)成功實(shí)施了嫦娥一號(hào)繞月探測(cè)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)深空探測(cè)的零突破。

云南天文臺(tái)40米口徑射電望遠(yuǎn)鏡在嫦娥一號(hào)任務(wù)之前已經(jīng)建成投入使

再看國(guó)際合作，印度月船一號(hào)與我們的嫦娥一號(hào)均有外援

兩家在實(shí)施各自首次繞月探測(cè)任務(wù)時(shí)的測(cè)控能力基本一致，都具備了月球軌道的測(cè)控覆蓋能力，但是兩家當(dāng)時(shí)也都沒有覆蓋全球的深空測(cè)控網(wǎng)。

沒有覆蓋全球的深空測(cè)控網(wǎng)，就無法實(shí)現(xiàn)對(duì)月球軌道航天器的全時(shí)測(cè)控，就必然存在盲區(qū)，為了盡快補(bǔ)上盲區(qū)就需要拉外援。

月船一號(hào)在東半球得到了俄熊湖測(cè)控站的支持，西半球則得到了歐空局與NASA深空網(wǎng)的支持。

月船一號(hào)探測(cè)器效果圖

印度比亞拉普深空站32米口徑天線

我國(guó)嫦娥一號(hào)任務(wù)在國(guó)際合作上也得到了歐空局庫魯深空站、新諾舍深空站的大力支持，幫助我們完成了部分空白弧段的遙測(cè)監(jiān)視和測(cè)軌任務(wù)。

一般情況下，如果不是完全鬧掰，航天測(cè)控資源的相互支持其實(shí)各家都樂見其成。

比如印度深空站的地理位置就很得天獨(dú)厚，是歐空局的澳大利亞新諾舍深空站與NASA的西班牙馬德里站之間萬余公里縱深范圍內(nèi)唯一的深空測(cè)控站，兩家在執(zhí)行一些航天任務(wù)時(shí)也都希望得到印度深空站的測(cè)軌支持，所以只要是印度航天提出要求，他們基本都會(huì)照辦。

要成為世界級(jí)航天強(qiáng)國(guó)，就必須擁有屬于自己的全球測(cè)控網(wǎng)

大家應(yīng)該還記得，十二年前嫦娥二號(hào)在完成繞月探測(cè)任務(wù)后進(jìn)行了一系列的拓展探測(cè)任務(wù)：飛離月球軌道、日地拉格朗日L2點(diǎn)環(huán)繞、探測(cè)圖塔蒂斯小行星、器地距離突破1000萬公里、器地距離突破2000萬公里、器地距離突破5000萬公里……器地距離突破1億公里。

強(qiáng)大的嫦娥二號(hào)當(dāng)年其實(shí)并不打算這么干，而是計(jì)劃在探測(cè)完月球之后轉(zhuǎn)道去火星，后來之所以沒有這么干，主要是因?yàn)樯羁諟y(cè)控網(wǎng)還沒有建成，而國(guó)際合作也并不總是那么靠譜。

嫦娥二號(hào)對(duì)圖塔蒂斯小行星近距離成像

比如嫦娥二號(hào)當(dāng)年準(zhǔn)備探測(cè)圖塔蒂斯小行星時(shí)，本來用的是NASA開源的小行星軌道數(shù)據(jù)，結(jié)果他們突然關(guān)閉了這些數(shù)據(jù)，以至于我們不得不集合優(yōu)勢(shì)天文觀測(cè)力量對(duì)這顆小行星進(jìn)行測(cè)軌。

“自力更生”是永不過時(shí)的金科玉律。在嫦娥一號(hào)任務(wù)完成后，我國(guó)深空測(cè)控網(wǎng)建設(shè)就已經(jīng)駛?cè)肓丝燔嚨溃瑳]用幾年時(shí)間就建成了喀什、佳木斯兩座深空站，后者還擁有66米口徑的大型測(cè)控天線，而后又在海外建成了內(nèi)烏肯深空站。

佳木斯深空站66米口徑測(cè)控天線

喀什深空站35米口徑測(cè)控天線

由此，我們建成了布局全球的深空測(cè)控網(wǎng)，測(cè)控覆蓋率達(dá)到90%，測(cè)控距離最遠(yuǎn)已經(jīng)可以觸達(dá)冥王星，為后續(xù)實(shí)施火星探測(cè)、木星探測(cè)、太陽系邊際探測(cè)等任務(wù)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

隨著天問一號(hào)火星探測(cè)任務(wù)的實(shí)施，我們又?jǐn)U建了喀什深空站，打造了多部35米口徑天線的天線組陣，并新建了口徑達(dá)70米的數(shù)據(jù)接收天線，深空測(cè)控能力持續(xù)穩(wěn)步提升。

喀什深空站35米口徑測(cè)控天線組陣

用于深空探測(cè)任務(wù)的70米口徑數(shù)據(jù)接收天線

目前我們還在西部地區(qū)建設(shè)口徑達(dá)110米的超大型全可動(dòng)射電望遠(yuǎn)鏡，該設(shè)備也可助力未來更加遙遠(yuǎn)空間的航天探測(cè)任務(wù)。

110米口徑超大型全可動(dòng)射電望遠(yuǎn)鏡

反觀印度，時(shí)至今日深空測(cè)控實(shí)力依舊停留在十五年前月船一號(hào)任務(wù)時(shí)的狀態(tài)，既沒有強(qiáng)大國(guó)力支撐，又沒有科學(xué)規(guī)劃，手里即便有再好的牌也會(huì)打得稀爛。