印度月船三号被低估，登月精度超嫦娥五号，着陆区面积相差5500倍

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自印度月船三号探测器成功登月以来，至今已有将近7天时间，不知不觉该探测器的设计寿命也已过半，再过7天，其着陆区域就将迎来极寒的月夜，由于没有月夜温控装置，月船三号着陆器与月球车将在月夜低温环境中被彻底冻坏。






算上四年前的月船二号着陆器与月球车，以及如今月船三号的推进舱、着陆器、月球车，投入不可谓不大，前后历时十几年，难道就为了在月球上待这两个星期？这么做，值得吗？
谈到这里，可以先追忆一下我国的嫦娥探月工程，该工程自立项伊始就确立了绕、落、回三步走规划，即环绕月球、登陆月球、月球采样返回，“绕、落、回”三个字突出的就是对于月球的到达与返回工程能力。


为了“绕、落、回”这三个字，我们先后实施了7次月球任务发射，嫦娥一号解决了绕月问题，嫦娥二号解决了地月直接转移问题，嫦娥三号突破了登月难关，鹊桥号与嫦娥四号联手实现了月球背面的到达问题，嫦娥五号T1使我们掌握了月地高速再入返回能力，最终嫦娥五号在前辈的基础上拓展月面采样、月面封装、月面起飞、环月轨道对接等新工程技术，如期圆满地完成了首次月球采样返回任务。




可以看到，几乎每一次嫦娥探月任务都是围绕工程能力的建设问题，科学探测当然也是重要的，但是科学探测如果离开了工程能力，也将是无源之水，因为工程能力是先决条件。
印度月船系列探测器又何尝不是如此，起初在观察月船三号任务时，我也是有一种惯性思维，认为他必然会跟随我们的技术路径去发展，但之后越来越多的信息与资料显示，月船三号的登月技术方案走出了一条独具特色的创新发展之路。
月船三号的主要任务就是实现月面软着陆，作为印度第一次成功的登月任务，其登月技术表现出来的先进性甚至超越了我们的嫦娥五号，为什么这么说？


月面软着陆任务通常有两大课题，首先是解决登月的安全性，就是确保成功登月，再进一步就是在确保成功登月的基础上，提高着陆精度，实现指哪落哪的“定点着陆”。
嫦娥系列着陆器基本遵循了先确保登月成功，再提高着陆精度的发展规律。
印度月船系列则不同，他们是两步变作一步走，月船三号作为印度航天的首次成功登月任务，是既实现了成功登月，也实现了指哪落哪的定点着陆能力。
通过对比月船三号与嫦娥五号的着陆区面积就可以直观感知“定点着陆能力”有与无的差异：
嫦娥五号预选着陆区东西长约450公里、南北宽约120公里，总面积约5.5万平方公里。




月船三号预选着陆区是东西长约4公里、南北宽约2.5公里，总面积约10平方公里。


嫦娥五号与月船三号着陆区面积相差5500倍，如果觉得只有嫦娥五号一个案例还不足以说明问题，那就再看看嫦娥三号与嫦娥四号的着陆区数据：
嫦娥三号预选着陆区是东西长约300公里、南北宽约100公里，总面积约3万平方公里；


嫦娥三号与月船三号着陆区面积相差3000倍。
嫦娥四号任务虽然不是我们最近的一次登月任务，但却代表了我国当前登月的最高技术水平，其着陆区面积是嫦娥三号着陆区面积的5%，换算出来的着陆区总面积是1500平方公里。


嫦娥四号与月船三号着陆区面积相差150倍。
上述数据皆来自双方的权威渠道，那么，月船三号究竟是怎么实现在面积仅有10平方公里的着陆区成功降落的呢？
印度空间研究组织官宣披露，在月船三号着陆器实施登月任务之前，该着陆器配置的LPDC位置探测相机曾在距离月面70公里处对着陆轨道下方的月面进行光学成像，此举的目的在于用现场成像图像与机载预储存图像进行匹配比对，进而解算出自身在空间中的精确位置。


有了精确的位置信息，在下降着陆过程中机载计算机就能以此为依据，结合测距测速等传感器测量的方向、距离、速度等信息精确修正下降轨迹。
此外，在月船三号实施登月任务之前，印度空间研究组织负责人索马纳特曾公开月船三号着陆下降的分阶段任务简图，在这张图中可以看到，当着陆器抵达距月面1300米至800米高度区间时，水平速度、下降速度均为零，表明此时着陆器将处于悬停状态：


当时笔者以为，月船三号着陆器要在这个高度进行障碍识别，就像我们嫦娥系列着陆器光学敏感器成像粗避障一样。
但是这近千米的悬停高度也太高了，与之对比，嫦娥系列着陆器基本都是在距月面100米高度悬停。
当时以为是受限于月船三号着陆器4台800N发动机的变推力性能，使其不能在更低的高度悬停，然而后来月船三号的在轨实践表明，我的推测错了。
根据登月过程中飞控大厅的数据显示，月船三号着陆器不仅在800多米的高度悬停，它甚至还有二次悬停，第二次悬停的高度是150米，这说明其下降动力的变推性能是完全足够的，因为每一次悬停都可以关闭两台发动机，从而实现总下降推力的大范围变化，可以适应悬停动力所需。




月船三号着陆器为什么有两次悬停？
印度空间研究组织的空间应用中心主任尼勒什·德赛披露，月船三号着陆器曾在850米高度短暂悬停，目的是利用短暂悬停的稳定姿态对着陆区成像，成像图像会被等比划分成3900个大小相等的区块，然后与机载预先储存的图像进行匹配比对，以确认着陆器是否在预选着陆区上方，如果在，那么就按照既定程序继续下降，如果不在，那么就按照完全自主避障模式下降着陆。
可以看到，月船三号着陆器在70公里高度、850米高度两个节点应用了图像匹配比对技术，这其实就是典型的地形相对导航技术，此技术也正是定点着陆技术的标配。
定点着陆指的是着陆器实际着陆点与选址着陆点的位置偏差控制在百米量级，现在我们看到月船三号的着陆区是4公里X2.5公里，与百米量级偏差还有些差异，然而着陆区是考虑到更多非正常着陆情况，在正常情况下必然是要瞄准靶心着陆，所以其实际着陆偏差大概率就在百米量级范围内。


事实上，当年月船二号瞄准的2.5平方公里的着陆区面积比月船三号着陆区面积更小，四年前他们就是奔着定点着陆目标去做的，但由于当时的控制算法还不够优化，最终以登月失败告终。
通过登月直播画面可以看到，当月船三号着陆器通过800多米悬停关口后，现场人们掌声雷动，说明，此阶段的图像匹配证明着陆器正在既定的着陆区上空，可以继续按程序动作下降。
850米悬停考验的可不仅仅是着陆器，要知道此阶段成像图像要与机载预先储存图像进行比对，那么机载预先储存图像是从哪里来的？
这些预先储存图像必然需要通过具备高分辨率成像能力的遥感卫星拍摄获得，四年前成功部署的月船二号轨道器就承担了为月船三号着陆器提供机载预先储存高分辨率图像的成像任务，该轨道器搭载有一台OHRC高分辨率相机，此型相机是目前部署在月球轨道分辨率最高的窄视场相机，100公里高度全色成像分辨率达到了0.32米，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。


月船三号着陆器在150米高度悬停就容易理解了，此阶段就是使用避障相机对着陆器下方障碍物进行现场识别，如果有巨石、小型陨石坑等障碍物就可以在接下来的下降过程中进行横向机动避障。




月船三号着陆器拥有定点着陆能力，在这个单项技术领域，他们建立了优势，但这并不代表印度探月的整体技术实力超越了我们，事实是印度航天与我们相比还相差甚远。
定点着陆于我们而言，不是能与不能的问题，而是选择何时去做的问题。
探月工程三期副总师李春来曾披露关于嫦娥四号任务目标的选择情况，他说，当时甚至有人考虑，我们落在嫦娥三号的边上，这也能显示出我们的水平，控制精度很高啊。
这一席话说明什么？说明早在五六年前我们就具备实现月面定点着陆的实力，而且是高水平的定点着陆，因为这是要以嫦娥三号着陆器为路标约束，那么着陆区范围就需要更小。


最终嫦娥四号之所以没有选择降落在嫦娥三号旁边，主要是考虑到此举工程价值虽不小，但科学探测价值不大，因为嫦娥三号着陆器已经在那里了，要想实现科学探测价值最大化就要争取多去几个地方，这才选择了拓荒月背探测的任务。
定点着陆技术目前已经作为嫦娥七号探测器的众多任务之一，因为这个探测器要登陆着陆区面积更为狭小的真正的月球南极区域。


印度航天在探月领域虽然拿下了定点着陆技术，这是集中力量攻其一点的效果，而我们则是基于强大的国力在更广泛的领域全面进军月球。


比如全月面不同区域的长期探测、月面起飞、环月轨道对接、月地转移高速再入返回等关键技术，印度航天全部没有。
除了一揽子关键技术，我们还在建设月面科研站，将通过嫦娥七号、嫦娥八号两次大规模探测任务建成月面科研站基本型，并行实施的还有载人登月工程，这些都是印度航天在可预见的未来难以触及的高度。
就月面定点着陆技术而言，我们不仅要通过嫦娥七号拿下更高水平的定点着陆技术，以服务登陆月球南极区域的需求，在接下来的月面科研站建设任务中，基于多探测器在月面的集中部署需求，还将攻克基于无线电信标导航的定点着陆技术，甭管是什么技术，只要我们有需求，那肯定就是全套拿下。


印度航天当然也是有自知之明，所以签署了NASA发起的阿尔忒弥斯计划协议，他们知道自己在月球上只能当好一个配角。

来源：https://view.inews.qq.com/k/20230830A09SLS00
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