解法
到达火星需要将航天器加速到逃逸速度并进入精确的星际轨道,这通常由重型火箭的末级一次强力点火完成——NASA拥有这样的能力,而印度在2010年代初期没有。ISRO的主力火箭——极地卫星运载火箭(PSLV)——是为低能量任务设计和验证的:将卫星送入地球轨道,而非一次性将探测器抛向星际空间。
面对推力不足,通常的做法是制造更大的火箭——更大的推力、更多的级数、更多的燃料,这是各大航天机构通常采取的高投入路径。ISRO的工程师们反其道而行之,将PSLV单次点火推力不足视为既定条件,转而思考能否将所需总能量分次输送,用时间换取印度所没有的火箭推力。
取得了什么结果
绕地球七圈,每次在近地点短暂点火,逐步累积速度,用弱火箭实现了与单次强力点火相同的效果。
为什么有效
轨道力学允许能量增量添加而不损失,因此在近地点重复点火累积速度与单次大点火一样有效。
PSLV推力不足是固定的,但任务有时间余量,所以用时间换推力是可行的。
每次小点火抬升轨道远地点,逐步增加能量,直到第七次点火达到逃逸速度。
这避免了建造或购买更重火箭的高投入路径,使任务成本仅为NASA同类任务的十分之一。
可以借鉴什么
当你缺乏一蹴而就的力量时,看看能否用你充裕的资源——这里是指时间和轨道圈数——通过小步积累实现同样的总效果。
后续
该任务耗资约7400万美元,是NASA同期MAVEN任务的十分之一,并且一次成功进入火星轨道。曼加里安号使印度成为第四个到达火星的航天机构,也是首个首次尝试即成功的机构,确立了ISRO低成本任务设计方法,并在后续任务中重复使用,其他新兴航天项目也将其作为轨道力学可替代火箭推力的范例来研究。
从这里,追溯依据
参考来源
- India blasts off in race to Mars with low-cost space mission NBC News · nbcnews.com
- India's Mars orbiter cost less than the movie Gravity and reached its destination on the first attempt SpaceDaily · spacedaily.com