觀點投書:印度與俄羅斯探測器登月之旅

2023-08-22 06:10

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俄羅斯聯合2號運載火箭構型。(取自維基百科)
俄羅斯聯合2號運載火箭構型。(取自維基百科)

這迫使登月器在離月球地面已經非常近的情況下,做出激烈的姿態調整大動作,在剩下僅約兩公里高度時竟然出現頭下腳上往月面高速俯衝的荒謬姿態,雖然不久就改正姿態,但恢復過慢剩餘的高度過低而且反推火箭力量太小煞不住下衝的慣性,導致登陸器雖姿勢正確但仍以時速兩百多公里直接撞月球而粉碎四散。登陸器設計的著陸觸地容許速度為時速7公里以下,腳架可以支撐吸收衝擊力。

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基於上述失敗原因,「月船3號」記取教訓,大力強化控制軟體演算法的能力,考慮了許多發生機率低但影響嚴重的突發狀況,賦予登陸器更寬的參數變異適應能力,以及更智慧的自主判斷權力。「月船2號」雖然登陸失敗,但是其軌道器(orbitor)至今仍環繞月球正常運作,很詳盡量測拍攝南極地區地貌,有此寶貴資料庫,因此後來者即使萬一突發狀況登陸器被迫要臨時選定替代登陸點,也可以迅速做出合適決策。也因此「月船3號」這次沒有攜帶月球軌道器,直接使用「2號」留下的軌道器當作與地球通訊的中繼站。

這騰出不少可用重量額度,分配給更大的推進器與登陸器,主要是增加燃料箱約百分之二十的容量,這不僅對於於探測器(靠推進器推力)進行軌道變換任務彈性大有幫助,也讓登陸器在最後幾公里高度時有更充裕的時間進行空中緩降與懸停。登陸器內部還攜帶一個小型地面漫遊器,重量26公斤沒有變化太多。

印度「月船3號」登陸器的壽命預期只有14天,原因是它只有配備太陽能板產生電力,因此必須要月球的白晝時間運作才能充電,一個月球白晝或夜晚約相當於地球的14天或336小時,一旦進入月球夜晚不僅無法充電且溫度低到零下180度,探測器要靠蓄電池保溫撐過漫長 336小時黑暗的機會幾乎為零,因此在月面上的登陸器與漫遊器預計壽命最多就半個月。而選擇8月23日為預訂著陸日,原因那是該區月球日出的第一時間,印度就是希望能利用到一整個月球白晝日照時間充電進行科學研究。

對照之下,俄羅斯「月球25號」探測器則除了配備太陽板,還配有俗稱「核能電池」的放射性同位素熱源電機(RTG),不僅能在夜間零下180度充分保溫探測器,也能將熱轉換成幾百瓦的電力支援探測器各種儀器的運作。因此俄羅斯探測器在月球預計工作壽命為一年。中國大陸的「玉兔1號」與「玉兔2號」月球漫遊器也都配備有放射性同位素RTG作為保溫熱源,其中玉兔2號當年著陸至今已4年8個月,仍正常運作中,已是月球上工作最久的探測器。

印度把月船3號送入地球軌道(取自Sputnik / ISRO;NASA)
印度把月船3號送入地球軌道。(取自Sputnik / ISRO;NASA)

美國前後成功登陸火星的五個漫遊器,其中兩個配備有「核能電池」,已經在火星上運轉行走超過十年依然活力充沛。放射性同位素熱源電機(RTG),簡單形式的可以當作保暖熱源長效貼片,複雜一點的可以當作「核能電池」長效穩定電力來源,兩者都完全沒有轉動移動零件,非常可靠且效期數年到數十年,加上輻射防護簡單有效不厚重,成為星際長期探測必備的裝置。簡易型RTG發熱貼片也可應用在地球極寒遙遠地區無人裝置的保溫。

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