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不被全球科学家看好的月船3失败原因找到了,失败原因竟是——
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2023.07.21 湖北

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第一宇宙速度V1=√GM/R=7.9千米/秒,第二宇宙速度V2=√2V1=11.2千米/秒。月船3号做几次轨道抬升(或者绕月期间的降低轨道高度进行“刹车”降速)其根本目的是要获取理想的“速度”。

月船3号的10次变轨示意图

要使物体绕地球做圆周运动,其速度必须达到7.9千米/秒(这是第一宇宙速度);要使物体摆脱地球引力作用,其速度必须达到11.2千米/秒(第二宇宙速度);要使物体摆脱太阳引力作用,飞出太阳系,其速度必须16.7千米/秒(第三宇宙速度)。可见“速度”对飞船的作用不言而喻。

当地时间2023年7月14日14时35分,印度在其东海岸斯里哈里科塔用LVM3巨型火箭成功将Chandrayaab-3(月船3号)月球探测器送去绕地球椭圆形轨道,为此,印度全国上下欢腾起来了,有一些印度人还为此高呼:“印度是世界第一,作为印度人感到自豪感到骄傲,我们要让中国羡慕,我们要让中国知道我们真正的实力……等等”,火箭还没发射升空,印度人民的骄傲和自满已经飞上了天空。

火箭发射

可是就在火箭刚发射不久,美国深空测控系统就测出月船3号“射偏了”,说句实话,与其说月球3号“射偏了”,还不如说“射软了”。其属于“射箭无力”的症状,月船3号存在明显的“射不远”现象。根据月船3号的轨道设定,其远地点预定轨道高度为36500千米,近地点预定轨道为170千米;而月船3号远地点实际轨道高度为36306千米,比预定轨道高度少了194千米,近地点实际轨道高度为138千米,比预定轨道高度少了56千米。出这种“幺蛾子”问题的根本原因是火箭推力不足,速度上不去导致的可谓小马拉大车,很“吃力”。

既然是轨道高度不够,速度太慢,那就调整呗,没错,理论上是可以调整的,所以月船3号也在做轨道抬升行动。可是调整是需要时间的、需要动力的、需要燃料的。月船3号有充足的时间做调整吗?推力足够吗?燃料足够吗?

飞船登月动画示意图

在这里我们要普及一下,飞船在围绕地球轨道(也叫调相轨道)做抬升轨道高度,其实质是在给飞船做加速处理,使飞船在地球近地点获得足够的“速度”,从而摆脱地球引力进入“地月轨道”,而当飞船进入地月轨道的月球上空时,就要做降速处理,否则飞船又要往地球方向飞了,让飞船降低轨道后围绕月球做轨道运动,进行几次降速几变轨后轨道越来越低,最终飞船降落月球。

根据印度空间研究组织(ISRO)对月船3号“登月”的行动计划,月船3号总共要进行10变轨,前5次变轨是绕地球做抬高轨道的“加速”处理,而后5次变轨是绕月的“降速”处理,这是印度空间研究组织(ISRO)的计划。可是月船3号出师不利,火箭一开始发射就“软了”。

飞船绕地轨道飞行

火箭发射“软了”就带来很多麻烦问题,甚至是决定月船3号命运的问题。

第一,既然一开始就说明火箭推力不足,或者说火箭推力也很大,但火箭其自身重量过大或者月船3号太重。既然在地面发射就推力不够,在太空中推力就能行吗?而且印度用的是美国的测量系统,能靠谱吗?

第二,火箭没有将月船3号送到预定轨道(轨道高度明显低了),轨道高度不一样,飞船的运动周期也不一样(轨道高度越低,其运动周期就越小,反之就越大),既然周期不一样(也就是说时间不一样了)。那么问题来了,由于一开始就轨道低了,周期为短了,也就是说月船3号提前完成了并进入了地月轨道,可是此时月亮还没有到指定的位置。月船3号不可能像在地面开车那样还能停下来等。在三维空间里,相对运动的物体,只要存在时间差,那差之毫厘失之千里,失之交臂是必然的事。

第三,由于火箭没能将月船3号送去预定轨道而需要在太空做更多的姿态调整,而做任何调整都需要耗费燃料的,月船3号提前消耗不少燃料,月船3号配备多少冗余的燃料,够印度印度空间研究组织(ISRO)这么玩吗?

月船3号几次变轨数据

四、火箭推力足够吗?每次变轨都需要有足够的动力,而该火箭一开始就“射软了”,能指望其在太空提供多大的动力对月船3号进行加速调整不太现实。

五,该火箭能在月球轨道上对月船3号进行减速“刹车”吗,答案是否定的,根据火箭推力,月船3号的质量,以及在轨速度,想要让其停下来并非易事。根据我国嫦娥一号探测器在绕月着陆前的速度为1.8千米/秒。

根据动量定理FT=MV,对于月船3好来说,其速度着陆前的速度应与嫦娥相差无几,而其携带4台推力为800牛发动机,总推力为3200牛,总重量为3900千克,代入公式FT=MV得出,计算得出时间T=2193.75秒,也就是说用3200牛的力作用于重量为3900千克的物体上,使其从1.8千米/秒的速度降为零,需要施加2193.75秒的时间,3193.75秒差不多就是37分钟的时间。而月船3携带的发动机能工作这么长时间吗?燃料够吗?不能,根本不能。

绕月轨道示意图

综上所述,要么火箭推力大一点,要么持续工作时间长一点都能达到其目的,可是从火箭实际推力大小,以及发动机持续工作时间,还有配备的燃料等都不能给月船3号提供绝对的保障,这是不被全球科学家看好的月船3号失败的根本原因。等燃料消耗完后月船3号只能“砸”向月球,所以月船3号注定要变成月球的一颗流星。

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