繞地球飛行半個多月的月船三號探測器終于正式踏上奔月旅程，本周二，凌晨3時許，印度空間研究組織（ISRO）正式官宣了第六次變軌的消息，月船三號成功進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道，預(yù)計將于本月5日進(jìn)行近月制動，以期被月球引力捕獲，進(jìn)而繞月飛行。
月船三號第六次變軌將探測器送入到的軌道是，近地點288公里、遠(yuǎn)地點369328公里，在這條軌道上月船三號將進(jìn)入月球引力影響范圍。
月球相對于地球的近地點距離約為 3,63,300 公里，月船三號當(dāng)前軌道最高點高于這一數(shù)據(jù)，因此有足夠的條件將月船 3 號送入月球軌道。
半個多月前，月船三號經(jīng)由LVM3-M4運載火箭發(fā)射送入太空，初始軌道是，近地點138公里、遠(yuǎn)地點36306公里，相較于預(yù)定的初始軌道，在數(shù)據(jù)上有偏差，近地點低了38公里，遠(yuǎn)地點低了194公里。
當(dāng)時很多人都認(rèn)為，近地點與大氣層邊界僅相距38公里，因而判斷月船三號有墜入地球的風(fēng)險。然而事實上，這是一條大偏心率橢圓軌道，約3.6萬公里的遠(yuǎn)地點已經(jīng)足夠高，在這種軌道上飛行的航天器，地球大氣耗散作用對其軌道壽命的影響微乎其微，同時根據(jù)遠(yuǎn)慢近快原則，月船三號來到近地點時的軌道速度會相對更快，反而是太陽、月球引力攝動的影響更大，即便航天器失去動力自由飛行，就是飛個幾年也不會墜入地球。
話說回來，月船三號探測器本身的表現(xiàn)直到現(xiàn)在都是足夠優(yōu)秀，入軌初始軌道偏差那是火箭的責(zé)任，而且后來的幾次變軌人家探測器都高標(biāo)準(zhǔn)的履行了自己的職責(zé)。
比如，月船三號不僅成功實施了近地點抬升作業(yè)，而且在第五次變軌時與預(yù)定軌道的遠(yuǎn)地點偏差僅有5公里，要知道這可是十幾萬公里量級下的偏差，可以說是非常精確。
近地點抬升
由于初始軌道偏差，一度還有不少人認(rèn)為，月船三號會增加變軌次數(shù)，但如今的結(jié)果表明，不僅沒有增加變軌次數(shù)，甚至還抄了一條奔月近道。
月船三號與四年前的月船二號一樣，都是通過6次變軌進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道，所不同的是月船三號前五次變軌的遠(yuǎn)地點相較于月船二號時期都要低不少，尤其是第五次變軌后，遠(yuǎn)地點是127603公里，月船二號第五次變軌后的遠(yuǎn)地點高度是142975公里，二者之間有約1.5萬公里的高度差。
月船三號第六次變軌則大力出奇跡無視這一高度差，通過長時間點火加速，用更大的速度增量跨越了這一高度差進(jìn)入到地月轉(zhuǎn)移軌道。之所以可以這么干，其實還得感謝月船二號。
月船二號是印度航天首次嘗試軟著陸月球表面的登月任務(wù)，雖然最終以著陸器撞擊月面而告失敗，但是它的服務(wù)艙作為一顆高價值繞月衛(wèi)星至今仍在正常運行。
之所以說“高價值”主要歸結(jié)于兩點，首先是服務(wù)艙搭載了大量的科學(xué)探測載荷，比如高分辨率月球遙感相機，它的分辨率比NASA的LRO月球勘測軌道飛行器的LROC窄視場相機還要高，最高分辨率可以達(dá)到0.3米，是人類截至目前部署月球軌道分辨率最高的相機。
月船二號服務(wù)艙繞月探測
（兩臺相機都曾對阿波羅12號登月遺址進(jìn)行過高分辨成像，通過對比可以看到月船二號服務(wù)艙拍攝的照片細(xì)節(jié)更豐富，這就是高分辨率優(yōu)勢，在用于登月任務(wù)時就可以識別出更多微小的撞擊坑。）
另外一個高價值點就是月船二號服務(wù)艙的設(shè)計壽命達(dá)到了8年，可以長期服役持續(xù)產(chǎn)出科學(xué)探測成果。
也正因為有了月船二號服務(wù)艙繞月遙感探測的成功，所以月船三號服務(wù)艙就不必要再帶過多的科學(xué)探測載荷，從而可以將更多的資源聚焦服務(wù)于繞著巡月球工程任務(wù)的可靠實施上，尤其是節(jié)省出來的重量資源可以用于加注更多的燃料。
月船三號服務(wù)艙
據(jù)消息人士披露，月船三號服務(wù)艙多出來的燃料可以多出至少3次變軌機會，這就是月船三號在變軌任務(wù)上敢于大力出奇跡的底氣所在。實際上，月船三號不僅變軌次數(shù)沒有增加，甚至相較于月船二號時期，提前4天進(jìn)入到了地月轉(zhuǎn)移軌道，看來燃料多就是不一樣。
得知月船三號成功奔月消息后，印度網(wǎng)民的表現(xiàn)用“沸騰”一詞來形容都不為過：
更有甚者認(rèn)為，月船三號是令世界自豪的印度成就：
說是世界自豪也不算太夸張，畢竟當(dāng)今世界具備登月能力的有且只有我們一家，能多一家是一家。但是，也請他們在看到成績時，也要看到差距，畢竟截至目前月船三號干的事，月船二號也早已做過，更大的考驗還在后面，尤其是讓多國探測器折戟月球的軟著陸任務(wù)。
再有就是，從月船一號任務(wù)到現(xiàn)在，已經(jīng)十幾年過去了，印度航天至今都沒能掌握地月直接轉(zhuǎn)移技術(shù)，每一次月球探測任務(wù)都是要不停繞地球加速。
月船一號
嫦娥一號
反觀我們，嫦娥一號僅比月船一號早飛了一年時間，可以說兩家深空探測幾乎站在同一起跑線，所不同的是，十幾年過后印度航天還在繞圈，而我們早在十幾年前的嫦娥二號任務(wù)中就已經(jīng)掌握了地月直接轉(zhuǎn)移技術(shù)，后續(xù)又取得了嫦娥三號、嫦娥四號、嫦娥五號三次登月三戰(zhàn)三捷的傲人戰(zhàn)績，其中嫦娥四號代表人類首次登陸月球背面，開啟了拓荒之旅，嫦娥五號探測器更是人類探月技術(shù)的集大成者，任務(wù)的成功更是標(biāo)志著探月工程繞落回三步走戰(zhàn)略目標(biāo)如期實現(xiàn)。
嫦娥三號
嫦娥四號
嫦娥五號
一系列嫦娥探月任務(wù)的實施讓我們掌握了一攬子硬實力，比如深空測控、繞月飛行、地月直接轉(zhuǎn)移、月面高可靠安全著陸、月面巡視、月面起飛、月面采樣、環(huán)月軌道無人對接、月地高速再入返回、月背中繼通信等，這些貨架技術(shù)又讓我們多快好省地實現(xiàn)了前無古人的一步完成火星繞落巡任務(wù)的天問一號火星探測任務(wù)，站在全新的起點上，如今我們又開始了新的征程：載人登月、國際月面科研站、火星采樣返回等。
就拿十幾年前同樣是繞地球轉(zhuǎn)圈加速抬升軌道的嫦娥一號來說，我們?nèi)胲壍某跏架壍赖倪h(yuǎn)地點就高達(dá)5萬余公里，直接比月船三號高出1.2萬余公里，而且后續(xù)軌道抬升作業(yè)也很簡潔，只需要一次近地點抬升和三次遠(yuǎn)地點抬升，就直接進(jìn)了地月轉(zhuǎn)移軌道。
除了嫦娥一號，后續(xù)所有嫦娥系列探測器都是發(fā)射后直接進(jìn)地月轉(zhuǎn)移軌道，不再繞圈加速，這主要歸功于我們火箭運力的強大。
地月直接轉(zhuǎn)移
地月轉(zhuǎn)移對于月球探測任務(wù)而言只是最基礎(chǔ)的門檻技術(shù)，月船三號接下來的一個重頭戲“近月制動”也是攸關(guān)任務(wù)成敗的關(guān)鍵操作。
近月制動旨在讓處在地月轉(zhuǎn)移軌道上高速飛行的航天器進(jìn)行動力減速，同時建立正確的姿態(tài)，使其被月球引力捕獲，進(jìn)而實現(xiàn)繞月飛行。
嫦娥二號近月制動實拍畫面
這項操作有兩個風(fēng)險點：
如果減速量太大超出需求，探測器與月球相撞的概率就會上升；
如果減速量太小不滿足需求，探測器與月球擦肩而過的概率就會上升。
不論是過大，還是過小，都會導(dǎo)致任務(wù)失敗。
基于這兩個風(fēng)險約束情況來看，探測器實施近月制動時距離月球越近，越能證明其測控實力。因為只有對探測器進(jìn)行精確的軌道控制才能實現(xiàn)這一任務(wù)目標(biāo)，這就像射擊能否命中十環(huán)一樣的邏輯。
目前印度空間研究組織還沒有公開接下來月船三號入軌月球的預(yù)定軌道數(shù)據(jù)，不過月船三號與月船二號登陸約束條件相似，就拿月船二號的數(shù)據(jù)來看，接下來探測器可能將進(jìn)入近月點114公里、遠(yuǎn)月點18072公里的大橢圓軌道，之后再經(jīng)過幾次軌道調(diào)整，最終進(jìn)入到平均距離約100公里的圓軌道。
拿同樣是登月任務(wù)的嫦娥三號來看，早在十年前，我們就能直接切入平均距離約100公里的圓軌道。
嫦娥三號被月球捕獲的初始軌道的近月點相較于月船二號/月船三號更低，說明我們測定軌技術(shù)實力更強，否則不會敢于離月球這么近進(jìn)行近月制動捕獲。
再就是遠(yuǎn)月點，由于我們是圓軌道，這個數(shù)據(jù)仍然是100公里，反觀月船二號/月船三號的遠(yuǎn)月點則是18072公里，比我們高了將近1.8萬公里，為什么他們離月球這么遠(yuǎn)？
還得說是基礎(chǔ)不牢，因為月船三號服務(wù)艙的軌控動力太弱，只有1臺440N軌道控制發(fā)動機，反觀嫦娥三號則是1臺7500N變推力發(fā)動機，后者的推力是前者的17倍還不止。
月船三號服務(wù)艙440N軌控發(fā)動機
嫦娥三號配置的7500N變推力發(fā)動機
誠然，印度航天對于如今的我們而言，它是全面落后，但是我們在看到他們落后一面的同時，也要看到他們的進(jìn)步性，畢竟如果沒有我們，印度也是發(fā)展中國家的天花板了。
談到這，我又想到了一個老生常談的話題，印度航天真的沒有月球軌道測控能力嗎？
過去很多人都經(jīng)常說，印度的月球探測器都是依賴NASA的深空測控網(wǎng)，但事實并非完全如此。
對于印度航天究竟有沒有月球軌道測控能力這件事，我們的航天科技集團(tuán)官網(wǎng)其實早在十五年前關(guān)于月船一號發(fā)射任務(wù)的報道中就已經(jīng)給出了定論：
早在月船一號繞月衛(wèi)星發(fā)射之前，印度航天就在距離班加羅爾大約40公里一個叫比亞拉普的地方建成了一座深空測控站，這座站點配置有32米、18米、11米三種口徑尺寸的測控天線。
至少可以肯定的是18米口徑測控天線具備月球軌道測控能力，32米大口徑測控天線則同時具備月球與火星軌道的測控能力。
印度比亞拉普深空測控站
正是因為有了這座站點，印度才能成為世界上少數(shù)幾個掌握深空測控技術(shù)的國家。
32米口徑測控天線，真的可以嗎？
是的，完全可以。比如我國在南美部署的內(nèi)烏肯深空測控站唯一的一個大口徑天線就是35米口徑測控天線，其與32米口徑測控天線相比，能力大體相當(dāng)，連18米都能測控月球軌道，何況是比它大得多的32米天線。印度深空測控站還刻意強化了天線的發(fā)射功率，使得它不僅能測控月球，還是此前環(huán)繞火星運行的曼加里安號探測器的主力測控工具。
內(nèi)烏肯深空站35米口徑測控天線
鮮為人知的歷史：嫦娥一號任務(wù)時期，我國深空測控專用硬件弱于印度
深空測控能力在嫦娥一號任務(wù)階段一度成為制約整個探月工程的重大瓶頸，這主要是受當(dāng)時的預(yù)算限制，沒有條件建設(shè)專用深空站。
當(dāng)時我們的測控系統(tǒng)主要是服務(wù)地球附近的衛(wèi)星，最遠(yuǎn)測控距離連8萬公里都沒超過，就更不用說38萬至40萬里級的月球軌道，就硬件條件看，測控天線口徑甚至沒有超過12米的，彼時彼刻印度航天已經(jīng)有了32米口徑測控天線。
印度比亞拉普深空站32米口徑測控天線
怎么辦？當(dāng)時真的是無米難為炊，不過呢，我們的人總是能善于發(fā)揮主觀能動性，辦法總是比問題多。首先從改善既有設(shè)備入手，利用有限的預(yù)算增配了必要的設(shè)備，比如只收不發(fā)的18米口徑接收天線，還有其它必要的設(shè)備與技術(shù)攻關(guān)，就這樣我們把大家經(jīng)常在航天測控任務(wù)中聽到的“USB（S頻段統(tǒng)一測控系統(tǒng)）”的能力從8萬公里擴展到了40萬公里，實現(xiàn)了月球軌道的覆蓋。
但這只是距離上的覆蓋，究竟能不能用呢？航天測控的一項重要工作就是對航天器在太空中的空間位置進(jìn)行精準(zhǔn)測量，只有有了精確的位置數(shù)據(jù)，才能給航天器注入正確的指令，使其按照計劃執(zhí)行各種動作。
升級之后的S頻段統(tǒng)一測控系統(tǒng)可以測距、測速、測角，然而隨著距離擴展到40萬公里，測角精度的誤差就高達(dá)一百多公里，根本沒法用，假如嫦娥三號用這種數(shù)據(jù)，一百公里的誤差也足夠撞月了。
在嫦娥一號發(fā)射前就已經(jīng)投入運營的南方某地的40米口徑射電望遠(yuǎn)鏡
針對這個問題，我們的科學(xué)家們又創(chuàng)造性提出在測控系統(tǒng)中引入天文觀測用射電天線的辦法，使其進(jìn)行甚長基線干涉測量（VLBI），這樣的一張測量網(wǎng)有非常高的測角精度。
就是在這種條件下，我們也成了世界上少數(shù)幾個具備月球軌道測控能力的國家，這張測控網(wǎng)不僅成功實施了嫦娥一號繞月任務(wù)，也為后續(xù)我國深空測控網(wǎng)的發(fā)展奠定了更為堅實的技術(shù)基礎(chǔ)，后來我們的深空測控任務(wù)往往可以實現(xiàn)遠(yuǎn)超預(yù)期的測控精度，引入天文觀測力量的方案是功不可沒的。
再來看印度航天經(jīng)常被詬病的“國際合作”，事實上我們也有
以印度月船一號與我們的嫦娥一號為例，其實都有外援，這兩個任務(wù)都是各自深空領(lǐng)域的首次任務(wù)，當(dāng)時雙方的測控能力基本一致，都可以對月球軌道航天器進(jìn)行測控，不過當(dāng)時兩家也都沒有全球覆蓋的深空測控網(wǎng)，不能對月球軌道航天器實現(xiàn)全時測控，存在較大的測控盲區(qū)，我們當(dāng)時的測控覆蓋能力是每天大約有8小時可測控時間。
要想盡可能彌補測控盲區(qū)就需要外援，印度月船一號探測器在東半球有俄熊湖測控站支持，西半球有歐空局與NASA的深空網(wǎng)支持。
我們的嫦娥一號在東半球有歐空局的新諾舍深空站，西半球有歐空局的庫魯深空站，這兩個深空站在很大程度上幫助我們在部分空白弧段進(jìn)行遙測監(jiān)視和測軌任務(wù)。
在大多數(shù)情況下，航天測控資源的相互支持，各家都樂觀其成。
例如，印度比亞拉普深空站的地理位置就很優(yōu)越，那里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一萬多公里縱深范圍內(nèi)唯一的深空測控站，如果能得到這座關(guān)鍵站點的支持，可以增強航天任務(wù)實施的可靠性。所以一般情況下，只要是印度航天提出測控合作需求，他們基本都會同意。
欲戴王冠必承其重：世界級航天強國必然擁有自己的全球深空測控網(wǎng)
還記得十二年前，探月工程二期先導(dǎo)星嫦娥二號在完成繞月探測任務(wù)后執(zhí)行了一系列的拓展探測任務(wù)，比如日地拉格朗日L2點環(huán)繞、近距離飛越探測圖塔蒂斯小行星、基于深空測控技術(shù)驗證的器地距離連續(xù)突破1000萬公里、2000萬公里、5000萬公里、6100萬公里、1億公里……。
嫦娥二號拍攝的圖塔蒂斯小行星
然而，當(dāng)年嫦娥二號其實并不打算這么干，當(dāng)時科學(xué)家們想讓嫦娥二號在探測完月球之后轉(zhuǎn)道去火星，但是當(dāng)時這事做不成，就是因為深空測控網(wǎng)還沒有建好，國際合作領(lǐng)域的深空測控資源業(yè)有限，加上有時候也不是那么靠譜。
比如，嫦娥二號當(dāng)年準(zhǔn)備近距離飛越探測圖塔蒂斯小行星時，NASA原本開源的小行星軌道數(shù)據(jù)庫突然關(guān)閉，沒有軌道數(shù)據(jù)，探測器就無法與小行星精準(zhǔn)交會，逼得我們不得不集合當(dāng)時的優(yōu)勢天文觀測力量對這顆小行星測軌。
“自己動手豐衣足食”是永不過時的鐵律。就在成功實施嫦娥一號任務(wù)之后，我國深空測控網(wǎng)建設(shè)就按下了快進(jìn)鍵，沒幾年時間就建成了橫跨我國東西邊疆?dāng)?shù)千公里的喀什、佳木斯兩座深空站，后者配置有66米口徑的大型全可動測控天線，而后又在南美洲建成了內(nèi)烏肯深空站。
佳木斯深空測控站
由此，我們獨立擁有了布局全球的深空測控網(wǎng)，測控覆蓋率高達(dá)90%，測控距離最遠(yuǎn)已經(jīng)擴展至冥王星，以及太陽系邊際空間，為后續(xù)實施火星探測、小行星探測、木星探測等任務(wù)的開辟了通路。
借著天問一號火星探測任務(wù)的東風(fēng)，喀什深空站又得以進(jìn)一步擴建，目前已建成亞洲最大的測控天線組陣，有4部35米口徑測控天線，又同步在華北地區(qū)新建口徑達(dá)70米的數(shù)據(jù)接收天線，目前我們還在建造世界最大的110米口徑超大型全可動射電望遠(yuǎn)鏡，深空測控實力可以說是與日俱增。
世界最大的110米口徑超大型全可動射電望遠(yuǎn)鏡
再看印度航天，其深空測控能力對比十五年前發(fā)射月船一號任務(wù)時的狀態(tài)，并沒有多大的改變。從昔日的同步起跑，到如今的天壤之別，再次證明 “中國能行，我們一定也行”注定是偽命題。
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