还没等天黑,月船三号就提前去“睡觉”了。9月3日和4日,印度月球车“智慧”号和月船三号的着陆器相继进入休眠模式,除了信号接收器开着以外,停止了一切活动。由于月船三号并没有携带核热源,在温度低到零下190℃以下的月夜里无法获得热量,被“冻死”将是大概率事件。
在休眠之前,月船三号着陆器还玩了一次“花活儿”,它最后一次启动了主发动机,着陆器向上跃起了约40cm高,然后又落回了原地。印度方面声称这一跳的意义重大,是为了将来的载人登月返回做技术验证。考虑到着陆器紧接着就休眠去了,这一跳更像是谢幕前做了一次告别演出。
虽说用的词是“休眠”,但就连印度也承认,这一“觉”睡下去,可不那么好醒的。如果到了9月22日还不能唤醒的话,月船三号就将长眠于月球,用印度太空研究组织(ISRO)的话说,就成了印度的“月球大使”了。
这个消息还是有点儿令人意外的,因为ISRO一直宣称月船三号的工作寿命是14天,按理说应该工作到9月7号左右才对,不料却提前三四天就关机了。笔者推测是印度害怕到了14天头上太阳高度过低,如果操作不好,有可能还没准备好就进入了阴影,那就直接挂了,所以还不如提前休眠更保险。
因此在9月3号,月球车首先进入休眠模式,仅有的两个科学载荷APXS和LIBS关机,电池充满了电,太阳能电池板也对准了9月22日再次日出的方向。
一天之后,月船三号着陆器也休眠了。与月球车不同的是,着陆器动不了,所以也不存在调整太阳能电池板方向的可能。ISRO声称当太阳能电池板停止工作,电池电量也耗尽时,着陆器就将“睡着”。但是这一睡,稍微了解月夜环境的网友都知道,恐怕是很难醒来了。
因为月夜实在是太冷了!由于月球没有空气,月面物质的热容量又很低,所以当太阳落山之后,月球表面的温度将急剧下降,最低将会降到190℃以下,已经接近液氮的温度。在这样的低温下,如果没有保温手段的话,月球车和着陆器上的电池和电子仪器是无法承受的,大概率将会损坏。
一名ISRO科学家就对《印度快报》透露:月球车能否唤醒,取决于电池能不能在漫长的月夜保持运转。“这就像是在找到充电线之前让手机保持省电模式”,而月面的日出就是那条“充电线”。那么月船三号能不能坚持到插上这条“充电线”呢?
要知道月球上的一天是28天,月夜长达14天。月球车在休眠之前将电池充满了,它也只能用这些电来发热,给电池本身以及那些不耐低温的电子仪器保暖。对于锂电池来说,一般能耐到零下40℃就算比较高级的了,再极端的能耐到零下70℃,如果电池温度持续低于这个温度,那就GAME OVER了。
而维持电池温度在正常范围内,是要消耗不少热量的,加上还要给其它电子仪器供热,而且时间要坚持14天,从中俄的经验来看,单靠蓄电池自己的电量基本不可能。况且保温不单单是有热源的问题,还要有相应的保温设计,甚至需要工质来把热量传递到需要的地方去。对于设计十分简单的印度月球车来说,简直是不可能完成之任务。
至于着陆器,连ISRO也承认它的电池会耗尽,那么它在月夜中将没有任何能够提供热量的设备,将直面对零下190℃以下的低温。印度科普作家、航天分析人士帕拉瓦·巴格拉也说:印度还不具备制造能够承受月球极低温环境的电路和电子元件的技术,月球车的设计和所用设备都无法经受月夜低温环境的考验,成功唤醒月球车的几率并不高。而成功唤醒着陆器的概率就几乎没有了。
那么我国嫦娥三号、四号和玉兔号、玉兔二号是如何在月球上工作那么久的呢?它们可都在月球上活了好几年,特别是10年前发射的嫦娥三号着陆器,携带了月基天文望远镜,到目前已经在月球上工作了9年!
玉兔号月球车虽然在工作近3个月,行驶118.9米后,由于故障而无法再行动,但它却一直存活了972天,只是后来大部分时间是在原地开展科学探测。印度的“智慧”号月球车在11天里拼了命往前跑,也只跑了100米出头,并没有超过玉兔号,存活时间更是差了两个数量级。
而嫦娥四号携带的玉兔二号月球车,已经成为人类有史以来最成功的无人月球车。自2019年1月3日以来,已经在月面工作了4年零8个月,行驶距离超过了1500米,这个纪录恐怕不只是印度无法超越,连美国要想达到也得费很大功夫才行。
为什么我国月球车和着陆器能够工作这么多年,而印度的同类产品却只能活十来天就要挂掉呢?关键就在于我国嫦娥携带了同位素热源,也就是核热源。这种设备由放射性同位素制成,例如钚238核热源,钚238会持续发生α衰变,释放出的α粒子轰击周围物质就会产生热量。
虽然核热源的功率不大,但贵在持久。由于核热源的发热机理是同位素衰变,不受任何环境条件的影响,会雷打不动的按照固定的速度衰变,所以发热非常稳定。钚238的半衰期长达87.7年,也就是每87.7年才会衰减一半,所以发热量在10年左右的时间里几乎不会衰减,可以持续为航天器提供热量。再辅以良好的保温和传热设计,就可保证度过寒冷的月夜,而不用寄希望于电池储存的那点儿电量。
如果再给核热源配上一个热电转换装置,就变成了同位素电池,能力就更强了。美国的好奇号和毅力号火星车都携带了发电功率达110瓦的核电池,毅力号核电池成本达到了7000万美元,虽然贵,但物有所值,能使火星车完全不依赖太阳能,不再担心火星上的尘土把电池板盖住,所以好奇号才能火星上工作超过了10年。
而我国的祝融号火星车,并没有携带火星车,在进入火星冬季休眠之后,至今也没能唤醒,很可能就是电池板被灰尘盖住了,接收不了太阳光所致。如果祝融号也能装备核电池的话,情况也许就会好得多。
需要说明的是,虽然我国月球车有核热源,但在月夜中也是要休眠的,以便最大限度地减少能量消耗。因为核热源只能发热不能发电,在月夜的电力来源也只能靠电池,所以科学仪器也只好关机。但有了核热源为电池和电子元器件保温,玉兔号和玉兔二号在月夜里“睡觉”时相当有底气,完全不像印度那种听天由命的样子。