印度月船三號探測器發射已經一周了，探測器入軌初始軌道近地點138公里，遠地點36306公里同步衛星距地高度，計劃軌道近地點170公里，遠地點36500公里，近地點偏差32公里，遠地點偏差194公里。中國網友開始嘲笑這個偏差，其實沒必要。
月船三號發射任務中火箭與航天器的分離
航天發射軌道偏差是大概率事件，如今我國航天發射軌道偏差通常可以保證在千米的范圍內，有時甚至可以控制在十幾米甚至幾米以內。比如天舟一號的軌道高度偏差只有14米，后來的載人飛船軌道偏差也只有10米以內，這已經是極高的精度了。不過這種高精度并不是一蹴而就的，而是一個發展的過程，這個過程當中也有過挫折。
比如，中星九號A通信衛星發射任務距今僅6年，衛星預定初始遠地點高度為41991公里，但由于當時火箭上面級出現運行異常，衛星實際遠地點高度只有16420公里，偏差了2.5萬多公里，這一偏差幾乎是嫦娥三號的129倍。據當時負責軌道控制任務的一線工程師孫守明介紹，如此大的偏差，在國際同步衛星發射史上并不常見。
中星9A衛星
中星9A衛星發射畫面
最終，中星九號甲經過16天的10次點火和變軌，進入預定軌道。這些變軌都是通過消耗衛星自身攜帶的燃料完成的。雖然最終成功入軌，但大量燃料的消耗勢必會大大縮短衛星在軌使用壽命。最終，中星九號甲僅服役4年后就正式脫離軌道，結束了它的使命。其原設計壽命為15年。
中星九號甲通過自救，盡可能的將損失降到最低，但中星九號甲發射后的第二年，我國航天事業卻險些遭遇重大挫折：嫦娥四號任務。
如今，嫦娥四號任務光環重重，是迄今為止人類航天史上唯一一次在月球背面軟著陸的探測任務。探測器由著陸器和月球車兩部分組成。其中，“玉兔二號”月球車也是人類在月球表面部署時間最長的巡視探測月球車，這輛月球車在月球上每分每秒都在打破人類的記錄。
嫦娥四號著陸器
嫦娥四號將玉兔二號月球車部署至月球背面
然而光環背后也有波折。那一年，搭載嫦娥四號探測器的長征三號乙改三型姚三十火箭順利完成發射階段任務，探測器順利進入預定軌道。當我們看到探測器與火箭分離那如夢似幻的畫面時，我們一定想到，月球之旅一定是一帆風順的。
嫦娥四號發射任務中飛船與火箭分離
然而……飛船與火箭分離后不久，嫦娥四號就出現了燃料泄漏，用葉培建院士的話來說，“嚇死我們了”。
飛船與火箭分離后，嫦娥四號執行完某個動作沒多久，突然發現發動機相關的兩個閥門突然打開了，本來是不應該打開的。雖然后來閥門及時關閉了，但是從打開到關閉之間，間隔了二十秒的時間。千萬別小看這二十秒，在這時間里，嫦娥四號向太空釋放了近二十公斤的燃料。
嫦娥四號地面組裝屏幕
燃油泄漏很快導致了三個致命的問題：
1、嫦娥四號有四個燃料箱，此次泄漏是其中一個燃料箱，導致探測器姿態平衡出現問題。嫦娥四號沒有驅動輪，其姿態控制完全依賴姿控發動機，一旦探測器姿態不平衡，姿控發動機就會工作，持續消耗燃料；
2. 發動機相關兩個閥門無控制打開，在后續動作中，是否還能有控制地打開或關閉？如不能，應如何處理？
3、嫦娥四號在飛船與火箭分離后不久就出現了燃料泄漏，結合問題1中的燃料消耗問題，后續的月球飛行和著陸階段是否還有足夠的燃料？
憑借長征三號乙改進型三號火箭強大的深空軌道運載能力，我們可以把三四噸重的探測器直接送入地月轉移軌道，這與印度的月船二號、三號不同，后者需要繞地球加速進入月球軌道。我們的火箭雖然運載能力更強，但也面臨著更復雜的探測器設計問題。
搭載嫦娥四號探測器的長征三號乙改三火箭點火發射
和月船三號相比，嫦娥四號是一體化設計，著陸器既是地月轉移飛行的推進艙，也是登月階段的著陸器；而月船三號則不同，地月轉移飛行是推進艙的任務，登月階段是著陸器的任務。
嫦娥四號與月船三號對比圖
嫦娥四號著陸器既是著陸器，又是地月轉移階段的推進艙。
顯然，嫦娥四號能力更強，但肩上扛起的重擔也很重要。發射入軌初期，就有20公斤燃料泄漏。接下來會發生什么？嫦娥四號的一體化設計，意味著嫦娥四號的每一個動作都是雙贏的，泄漏的燃料必然會影響后續的登月任務，這和月船三號的分體設計不同，即使推進艙內的燃料消耗過多，只要能到達月球軌道，就不會影響著陸器的著陸。
嫦娥四號飛船與火箭分離后，還有后續近月制動、月球軌道變換、動力減速等動作，每個動作都要消耗大量燃料，比如近月制動階段，發動機要持續點火近6分鐘；而登月階段，哪怕少1公斤燃料，也必然導致登月失敗，如果登月失敗，也意味著嫦娥四號任務整體失敗。
嫦娥四號原本是嫦娥三號的備份探測器，其作用是在嫦娥三號出現故障時，短時間內替代嫦娥三號，從而實現月球軟著陸任務的突破。
嫦娥三號按計劃完成登月任務，成功將玉兔號月球車釋放至月面，實現了月面巡邏技術的重大突破。
嫦娥三號著陸器拍攝玉兔號月球車在月球上行駛的照片
然而，玉兔號月球車完成與著陸器合影任務后不久，霍爾器件供電電路發生短路，導致電源電壓下降，月球車無法正常行駛，最終月球車在月面行駛里程定格在114.8米。
據葉培建院士介紹，嫦娥四號原本計劃不搭載月球車，是因為要為成功登陸月球背面這個主要任務預留更多的資源，比如增加著陸器重量、提供電源等，而這些重量資源顯然是用來搭載更多燃料的。
嫦娥四號預選著陸區為月球背面南極—艾特肯盆地馮·卡門撞擊坑。要在此著陸，著陸器必須穿越4000米高的山地地形。加上盆地深度，總高差近1萬米，比地球上的珠穆朗瑪峰還要高。這要求著陸器在數千米的高空呈垂直下降姿態，燃料消耗也將遠大于嫦娥三號。
嫦娥四號在月球著陸階段將經歷10,000米的高度差
根據上述任務要求，不攜帶月球車是合乎邏輯的。
然而，在玉兔號月球車上遭遇挫折的科研人員卻很不甘心放棄，都想在嫦娥四號月球探測任務上再接再厲。最終，經過他們的努力，任務組總體上同意了他們的要求，通過增加7500N可變推力發動機的比沖、減輕各部件的重量，滿足了著陸器增加燃油消耗的需求。
承載著萬眾期待的嫦娥四號在發射入軌之初就遭遇了事關生死的重大挫折，任務團隊的壓力可想而知，記得嫦娥四號入軌之后整個媒體圈一片沉寂，也找不到后續的進展報道，直到成功進入月球軌道后才有了任務的進展報道，而當時外界并不知道嫦娥四號到底發生了什么，這樣的安排也是為了減輕任務團隊的心理壓力。
嫦娥四號是如何克服困難最終到達月球并隨后成功登陸月球的？
相對于探測器的總燃料量來說，20公斤的燃料泄漏量看似并不多，但經過任務團隊的計算，這個泄漏量已經遠遠超出了設計容忍度，這意味著，如果后續動作按部就班地進行，嫦娥四號將無法確保安全登月，該怎么辦？
當時有人提出拆東墻補西墻的辦法，就是把登陸任務的燃料省下來10公斤，用于地月轉移飛行。這個辦法很快就被否決了，因為正如上文所說，登月任務的燃料需求量巨大，而且登月的成敗關乎整體任務，容不得半點閃失。
嫦娥四號在距月面5000多米的高度轉為垂直下降。
在燃料泄漏報告傳出后不到兩小時，軌道組迅速制定了基于聯合優化控制技術的軌道重建方案，取消了地月轉移過程中的推力校準，以節省燃料。
航天器推力校準通常是必不可少的關鍵步驟，每臺發動機的地面數據和在軌數據都有差異，沒有在軌推力校準，軌道精度就無法保證，對于嫦娥四號來說，還有撞擊月球的風險。
由于缺乏推力校準，7500N可變推力發動機在軌實際推力數據無法掌握，點火正時、近月制動時間只能根據地面數據進行設計，這必然會產生偏差。為了避免撞月，設計人員將初始月球軌道由原來的近地點100公里、遠地點100公里調整為近地點100公里、遠地點430公里，為推力偏差留出了足夠的安全距離。
繞月飛行
在這個方案的幫助下，嫦娥四號最終成功進入月球軌道，并且在完成登月任務后同步衛星距地高度，著陸器還剩余3公斤燃料。
一方面說明我們的嫦娥四號有很強的冗余能力，另一方面也說明在登月階段遇到故障后，去掉10公斤燃料的決定是正確的。
如果采用拆東墻補西墻的方法，那么我們在登月階段的燃料缺口至少會達到7公斤，甚至更多，因為如果不進行軌道重建，地月轉移時使用的燃料量會更大，登月階段的燃料缺口自然也會更大，結果可想而知。
嫦娥四號著陸器落月后仍剩余3公斤燃料
回到嫦娥三號，雖然探測器入軌出現了較大偏差，但與嫦娥四號遭遇的燃料泄漏故障相比，顯然要輕得多。
此外，關于月船三號，有必要明確以下幾點：
月船三號初始軌道近地點比設計軌道低了32公里，只有138公里，距離卡門線也只有38公里，很多人說如果不盡快提高軌道，難道它短時間內還要重新進入地球大氣層？
不是，月船三號的初始軌道是大橢圓軌道，遠地點雖然也有偏差，但也還是3.63萬公里。橢圓軌道通常“遠點慢，近點快”，意味著近地點速度較大，軌道高度不易衰減，與近地圓軌道航天器較高的高度衰減速度完全不同。
月船三號每次變軌都是為了升高軌道，然后逐漸接近月球。但為什么第二次變軌時，遠地點高度不但沒有升高，反而降低了呢？第一次變軌后的遠地點高度為41762公里，而第二次變軌后的遠地點高度為41603公里，降低了159公里。這是為什么呢？
因為這次變軌主要是為了抬高嫦娥三號的近地點高度，第一次變軌后的近地點高度是173公里，第二次變軌后的近地點高度是226公里，這次近地點抬高了53公里，這是第二次變軌的主要目的。
根據軌道力學原理，航天器在遠地點開機，近地點升空。航天器在近地點開機，遠地點升空。
正常情況下，嫦娥三號應該在近地點啟動，提高遠地點高度，進入地月轉移軌道。但由于入軌后軌道初始近地點高度過低，不能滿足地月轉移要求，因此需要在遠地點啟動第二次變軌，提高近地點高度。至于遠地點高度降低，可能是推力偏差導致的，但還是正常的。
月船三號下次還會進行額外的變軌嗎？這個還不確定，有兩種可能，一是增加變軌次數，畢竟第二次變軌是額外任務，遠地點還沒升上去；還有一種可能，就是后面每次變軌都增加高度增幅，這樣就不用進行額外的變軌了。
無論采用哪種方法，都是圍繞如何節省燃料展開的。
月船三號變軌任務增多，必然帶來燃料消耗的增加，這是否會導致月船三號登月燃料短缺？
不是，因為地月轉移飛行要消耗推進艙的燃料，而用于登月的著陸器卻不消耗燃料。
推進艙運載著陸器（-3）
印度任務團隊早已預見到了推進艙的意外燃料消耗。月船三號是月船二號的復制品，其推進艙既是地月轉移飛行的主控制艙，也是一顆高價值的月球探測衛星，配備了比美國宇航局的LRO月球軌道器分辨率更高的高分辨率相機。
雖然月船二號未能成功登陸月球，但其推進模塊作為一顆高價值的月球衛星還是成功的，目前仍在軌道運行，還拍攝了阿波羅登月點的照片，分辨率比 NASA 還高。
月船二號推進艙（軌道器）拍攝的阿波羅12號登月現場（可見登月艙下降段和月球表面活動痕跡。）
由于月船二號月球軌道器目前仍在正常運轉，因此在設計之初就決定月船三號推進艙不再搭載大型科學探測載荷，額外的重量資源將使推進艙能夠搭載更多燃料。
據透露，嫦娥三號攜帶的額外燃料可使變軌次數增加兩到三次，因此即便存在初始軌道偏差較大的問題，對保證后續地月轉移飛行也不存在難以逾越的障礙。
月船三號任務的最大亮點是著陸器登陸月球并釋放月球車。
嫦娥四號和月船三號都是兩國航天事業的里程碑，雙方為此做出的努力和貢獻值得尊重。
回顧我國嫦娥四號任務，在完成登月任務后，飛控大廳里出現了這樣的一幕：
葉培建院士拍了拍嫦娥四號探測器項目執行主任張輝，張輝因為發射當天的燃料泄漏當即淚流滿面，這是歷經磨難與輝煌之后的一種壓力釋放。
“認真、周到、細致、安全可靠、萬無一失”是我國航天的16字方針，生動詮釋了航天任務的高風險性。這種高風險貫穿了整個過程，不到最后一刻才能分出勝負。這也正是太空探索的魅力所在。
我們在關注國外航天任務時，也需要更加理性，既可以借鑒他們的成功經驗，也可以從他們的失敗中汲取教訓，比如當國外航天任務失敗時，國內任務團隊也會進行自我反省、舉一反三……
為什么我國這些年在月球、火星太空探索上幾乎無往不利呢？原因就在于我們擁有更加嚴謹的態度，以開放的心態汲取人類太空探索的養分。唯有如此，我們才能穩步前行，不斷從勝利走向新的勝利。
