月船－3成功着陆月球 印登月雄心终获实现

张扬眉 蒋一雄

（1 北京空间科技信息研究所 2 中国空间技术研究院）

2023年8月23日20:34，印度月船－3（Chandrayaan－3）探测器成功在月球南纬69.37°、东经32.35°附近区域着陆，印度成为继苏联、美国和中国之后，第四个在月球表面成功着陆的国家。在历经四年前月船－2着陆失败的挫折后，月船－3着陆终获成功，印度自此进入“月球着陆俱乐部”，这极大地增强了印度人民的自豪感和自信心，对提升印度的国家影响力具有重要意义，印度总理莫迪称这是“新印度胜利的呐喊”。月船－3着陆月球后，印度空间研究组织（ISRO）通过社交媒体宣布，智慧号（Pragyan）月球车从着陆器中驶出，探测器所有系统正常。9月3日，ISRO宣布智慧号月球车已完成主要任务，行驶距离超过100m，将进入休眠状态并等待下一次唤醒。

1 基本情况

月船－3是印度第三次月球探测任务，于2023年7月14日搭乘“运载火箭M3”（LVM3）（以前被称为GSLV-MK3）发射，任务目标是演示验证月球表面软着陆技术与月球车巡视技术，并进行原位科学探测和实验，研究月球土壤和水冰等。

月船－3探测器由ISRO研制，总质量约3900kg。探测器由推进模块（PM）和月球模块（LM）组成。其中，月球模块包括一个着陆器和一辆月球车。月船－3并未像月船－2那样包含轨道器，而是采用一个推进模块替代轨道器的功能，并可用于中继通信。

月船－3探测器

推进模块：箱状结构，基于I－3K改进版平台，质量2145.01kg，干质量448.62kg，推进剂质量1696.39kg，功率758W，一侧安装有一个大型太阳能电池阵，顶部有一个大圆柱体以及模块间适配器锥体，主发动机的喷嘴位于底部。推进采用MMH和MON－3双组元推进系统，通信采用S频段转发器。推进模块主要用于与着陆器和月球车的中继通信，此外还携带“宜居行星地球的光谱极性测量”（SHAPE）实验装置，从月球轨道对地球进行光谱和偏振测量，计划工作寿命为3～6个月。

推进模块构型

着陆器：被命名为“维克拉姆”（Vikram），箱状结构，尺寸为2m×2m×1.166m，质量为1749.86kg（包括月球车质量26kg），计划工作寿命为1个月昼（14个地球日）。着陆器装有4条着陆腿，侧面安装有功率为738W的太阳能电池阵。反作用轮用于巡航阶段的控制姿态；推力由MMH和MON－3双组元系统提供，包括4台800N节流主发动机和8台58N姿态调节推力器。着陆器可与月船－2轨道器、月船－3月球车、推进模块和印度深空网（IDSN）通信。着陆器携带3种有效载荷，包括钱德拉表面热物理实验装置（ChaSTE），月球地震活动仪（ILSA），绕月高敏感电离层和大气的无线电分析-朗缪尔探测器（RAMBHA-LP），此外还安装了一个由美国国家航空航天局（NASA）提供的用于月球激光测距的无源激光反射器阵列（LRA）。

月船－3着陆器和月球车

月球车：被命名为智慧号，尺寸为917mm×750mm×397mm，质量为26kg，安装在一个六轮摇臂式轮驱动组件上，计划工作寿命为1个月昼（14个地球日）。月球车装有一个可产生50W电力的太阳能电池阵以及导航相机，通过Rx/Tx天线与着陆器直接通信。月球车携带2种有效载荷，用于研究当地的表面元素组成，即阿尔法粒子X射线光谱仪（APXS）和激光诱导分解光谱仪（LIBS）。

月船－3的运行情况通过ISRO遥测、跟踪与指令网（ISTRAC）的任务运行综合站（MOX）以及位于印度班加罗尔的印度深空网持续监测。此外，欧洲航天局（ESA）和美国喷气推进实验室（JPL）的深空天线也为月船－3提供跟踪监测支持。

2 任务实施过程

计划飞行过程

月船－3由LVM3运载火箭从萨迪什·达万航天中心发射后，计划在近地点实施5次变轨机动，随后进入月球转移轨道，共历经45天约384000km的飞行后抵达月球。推进模块将着陆器/月球车送入100km的圆形月球极轨道并与其分离，然后着陆器与月球车一起在月球南极附近的“曼齐尼U”环形山（Manzinus U crater）着陆，即南纬69.37°、东经32.35°附近（着陆范围为4km×2.5km），计划着陆速度为垂直方向低于2m/s，水平方向低于0.5m/s。推进模块将留在月球轨道上，用于地月之间的中继通信。此前印度发射的月船－2轨道器也可作为备用中继器。

月船－3飞行过程

实际飞行情况

月船－3于7月14日发射升空后，与运载火箭成功分离，并进入36306km×138km的初始轨道，相比原计划的36500km×170km椭圆停泊轨道（EPO）有所偏差。之后，月船－3经过5次地球轨道变轨、1次地月转移变轨、7次月球轨道变轨后，进入了134km×25km的落月前轨道。在此期间，月球模块成功与推进模块分离。8月21日，月球模块与月船－2轨道器建立通信。8月23日，地面任务团队启动“自动着陆序列”（ALS）模式后，月球模块抵达预定位置，启动可节流发动机，从距离月球表面约30km处开始受控下降。在整个着陆过程中，探测器的方向从水平调整到垂直，速度从最初的1.68km/s降至几乎为零，探测器着陆月面后传回遥测数据，月船－3任务着陆成功。

3 任务特点分析

月船－3成为当前最靠近月球南极的探测器

目前科学界对于月球的极区并没有严格的定义。如果比照地球的划分方法，是指南北纬66.5°以上地区。实际上，考虑月球白道与黄道的夹角，真正可能存在永久阴影坑、具有“极夜极昼”现象的地区，应该在南北纬86°以上。

印度宣称月船－3任务是全球首次月球南极着陆。由于月球南极的阴影区远大于月球北极，寻找到水冰的可能性更大，因此月球南极一直是月球探测活动重点关注的区域。目前已有月球轨道器对月球南极地区进行过遥感探测，包括美国的“月球勘察轨道器”（LRO）、日本“月女神”（SELENE）等，并探测到月球南极富含水冰。本次任务的成功，极大地提升了印度的国际影响力，对印度树立航天大国形象具有重大政治意义。

月船－3的成功建立于月船－2着陆失败的经验教训之上

可以说，此次月船－3着陆的成功很大程度上是建立在月船－2着陆失败的经验教训之上，这两次任务的科学目标和工程目标、探测器系统组成、科学有效载荷等几乎相同，只是月船－3用更为简化的推进模块替代了月船－2轨道器的中继功能，减少了科学载荷，并对月球模块进行了一些性能上的改良。

为了增加本次任务成功着陆的几率，印度基于月船－2由于软件故障导致姿态失控从而着陆失败的经验教训，对月船－3的设计进行了一系列改进，包括改进软件以适应故障；采用新仪器来精确计算探测器的下降速度；加固着陆支腿以应对更高的着陆速度；安装数台新的传感器以增强导航相关的测量数据来提高冗余；采用更先进的能源和通信系统；换装光电转换效率更高的太阳能电池；增加燃料加注量；制定故障安全措施确保出现某些意外情况时也可以成功着陆等。此外，相比月船－2任务500m×500m的着陆范围，将月船－3的着陆范围扩宽至4km×2.5km。ISRO主席索玛纳特（Somanath）称，探测器在正常条件下只会瞄准一个特定的着陆点。但当探测器表现不佳时，则可以降落在着陆范围内的任何地点。由于探测器携带了比月船－2更多的燃料，也可以在必要时前往另一个着陆点。

月船－3着陆器的受控下降装置由月船－2的5台800N发动机缩减至4台，取消了着陆器底板中心的一台800N固定推力发动机。ISRO认为，底板中心的那台发动机原本主要用于吹除着陆点的月尘，该发动机的存在意味着陆程序需要多一项操作，而且这项操作发生在决定着陆任务成败的最后关键阶段，会降低探测器的设计可靠性，同时对着陆任务的成功实施帮助甚微，甚至会降低成功率。因此经过权衡，ISRO取消了这台吹除月尘的专用发动机。

注重培育自力更生的独立研发能力

从导航卫星系统——“印度导航星座”（NavIC）到包括“月船”系列、“曼加里安”（Mangalyaan）等深空探测任务，再到已发射的“阿迪蒂亚－L1”（Aditya－L1）太阳探测任务和“天空飞船”（Gaganyaan）载人任务，印度一直非常注重培育独立研发和发射任务的能力。月船－3任务中的推进模块、着陆器以及月球车都由印度独立研发，旨在为印度未来的行星探测任务研发和演示验证新型技术。通过本次任务，印度有望掌握月球表面软着陆、巡视探测、原位分析和实验的技术。

此外，由于外界采购限制等多种因素，本次任务还采用了印度国产的激光多普勒测速计（LDV），而不是原先计划进口的仪器。

通过广泛宣传提升公众热情，积极融入国际合作

印度对本次任务进行了广泛的宣传活动，包括与月球村协会共同主办全球推广活动，举行月船－3任务相关的全球视频竞赛、网络论坛，全球网络直播月船－3着陆全过程等，希望以此提高ISRO的月球任务在全球范围内的影响力，并推动进一步的国际合作。印度通过大力的科普宣传和氛围营造，吸引了全球尤其是印度本国对本次任务的密切关注。由于对此次着陆的预期很高，印度报纸和新闻频道的头条都启动了倒计时。全国各地的礼拜场所都举行了祈祷活动，学生挥舞着印度国旗观看着陆直播。孩子们聚集在被印度教徒视为神圣象征的恒河岸边，为月船－3的安全着陆祈祷。

此前，印度还于2023年6月签署《阿尔忒弥斯协定》（Artemis Accords），成为第27个签署国，此举也标志着美印太空合作的进一步加强。ISRO还几乎同期与法国国家空间研究中心（CNES）、阿里安航天公司（Arianespace）、挪威康斯伯格卫星服务公司（KSAT）举行访问和会谈，商讨潜在的航天合作领域。可以预见，印度未来将更为积极地融入深空探索活动国际合作。