印度月船三号探测器发射已经一周了，探测器入轨初始轨道近地点138公里，远地点36306公里同步卫星距地高度，计划轨道近地点170公里，远地点36500公里，近地点偏差32公里，远地点偏差194公里。中国网友开始嘲笑这个偏差，其实没必要。
月船三号发射任务中火箭与航天器的分离
航天发射轨道偏差是大概率事件，如今我国航天发射轨道偏差通常可以保证在千米的范围内，有时甚至可以控制在十几米甚至几米以内。比如天舟一号的轨道高度偏差只有14米，后来的载人飞船轨道偏差也只有10米以内，这已经是极高的精度了。不过这种高精度并不是一蹴而就的，而是一个发展的过程，这个过程当中也有过挫折。
比如，中星九号A通信卫星发射任务距今仅6年，卫星预定初始远地点高度为41991公里，但由于当时火箭上面级出现运行异常，卫星实际远地点高度只有16420公里，偏差了2.5万多公里，这一偏差几乎是嫦娥三号的129倍。据当时负责轨道控制任务的一线工程师孙守明介绍，如此大的偏差，在国际同步卫星发射史上并不常见。
中星9A卫星
中星9A卫星发射画面
最终，中星九号甲经过16天的10次点火和变轨，进入预定轨道。这些变轨都是通过消耗卫星自身携带的燃料完成的。虽然最终成功入轨，但大量燃料的消耗势必会大大缩短卫星在轨使用寿命。最终，中星九号甲仅服役4年后就正式脱离轨道，结束了它的使命。其原设计寿命为15年。
中星九号甲通过自救，尽可能的将损失降到最低，但中星九号甲发射后的第二年，我国航天事业却险些遭遇重大挫折：嫦娥四号任务。
如今，嫦娥四号任务光环重重，是迄今为止人类航天史上唯一一次在月球背面软着陆的探测任务。探测器由着陆器和月球车两部分组成。其中，“玉兔二号”月球车也是人类在月球表面部署时间最长的巡视探测月球车，这辆月球车在月球上每分每秒都在打破人类的记录。
嫦娥四号着陆器
嫦娥四号将玉兔二号月球车部署至月球背面
然而光环背后也有波折。那一年，搭载嫦娥四号探测器的长征三号乙改三型姚三十火箭顺利完成发射阶段任务，探测器顺利进入预定轨道。当我们看到探测器与火箭分离那如梦似幻的画面时，我们一定想到，月球之旅一定是一帆风顺的。
嫦娥四号发射任务中飞船与火箭分离
然而……飞船与火箭分离后不久，嫦娥四号就出现了燃料泄漏，用叶培建院士的话来说，“吓死我们了”。
飞船与火箭分离后，嫦娥四号执行完某个动作没多久，突然发现发动机相关的两个阀门突然打开了，本来是不应该打开的。虽然后来阀门及时关闭了，但是从打开到关闭之间，间隔了二十秒的时间。千万别小看这二十秒，在这时间里，嫦娥四号向太空释放了近二十公斤的燃料。
嫦娥四号地面组装屏幕
燃油泄漏很快导致了三个致命的问题：
1、嫦娥四号有四个燃料箱，此次泄漏是其中一个燃料箱，导致探测器姿态平衡出现问题。嫦娥四号没有驱动轮，其姿态控制完全依赖姿控发动机，一旦探测器姿态不平衡，姿控发动机就会工作，持续消耗燃料；
2. 发动机相关两个阀门无控制打开，在后续动作中，是否还能有控制地打开或关闭？如不能，应如何处理？
3、嫦娥四号在飞船与火箭分离后不久就出现了燃料泄漏，结合问题1中的燃料消耗问题，后续的月球飞行和着陆阶段是否还有足够的燃料？
凭借长征三号乙改进型三号火箭强大的深空轨道运载能力，我们可以把三四吨重的探测器直接送入地月转移轨道，这与印度的月船二号、三号不同，后者需要绕地球加速进入月球轨道。我们的火箭虽然运载能力更强，但也面临着更复杂的探测器设计问题。
搭载嫦娥四号探测器的长征三号乙改三火箭点火发射
和月船三号相比，嫦娥四号是一体化设计，着陆器既是地月转移飞行的推进舱，也是登月阶段的着陆器；而月船三号则不同，地月转移飞行是推进舱的任务，登月阶段是着陆器的任务。
嫦娥四号与月船三号对比图
嫦娥四号着陆器既是着陆器，又是地月转移阶段的推进舱。
显然，嫦娥四号能力更强，但肩上扛起的重担也很重要。发射入轨初期，就有20公斤燃料泄漏。接下来会发生什么？嫦娥四号的一体化设计，意味着嫦娥四号的每一个动作都是双赢的，泄漏的燃料必然会影响后续的登月任务，这和月船三号的分体设计不同，即使推进舱内的燃料消耗过多，只要能到达月球轨道，就不会影响着陆器的着陆。
嫦娥四号飞船与火箭分离后，还有后续近月制动、月球轨道变换、动力减速等动作，每个动作都要消耗大量燃料，比如近月制动阶段，发动机要持续点火近6分钟；而登月阶段，哪怕少1公斤燃料，也必然导致登月失败，如果登月失败，也意味着嫦娥四号任务整体失败。
嫦娥四号原本是嫦娥三号的备份探测器，其作用是在嫦娥三号出现故障时，短时间内替代嫦娥三号，从而实现月球软着陆任务的突破。
嫦娥三号按计划完成登月任务，成功将玉兔号月球车释放至月面，实现了月面巡逻技术的重大突破。
嫦娥三号着陆器拍摄玉兔号月球车在月球上行驶的照片
然而，玉兔号月球车完成与着陆器合影任务后不久，霍尔器件供电电路发生短路，导致电源电压下降，月球车无法正常行驶，最终月球车在月面行驶里程定格在114.8米。
据叶培建院士介绍，嫦娥四号原本计划不搭载月球车，是因为要为成功登陆月球背面这个主要任务预留更多的资源，比如增加着陆器重量、提供电源等，而这些重量资源显然是用来搭载更多燃料的。
嫦娥四号预选着陆区为月球背面南极—艾特肯盆地冯·卡门撞击坑。要在此着陆，着陆器必须穿越4000米高的山地地形。加上盆地深度，总高差近1万米，比地球上的珠穆朗玛峰还要高。这要求着陆器在数千米的高空呈垂直下降姿态，燃料消耗也将远大于嫦娥三号。
嫦娥四号在月球着陆阶段将经历10,000米的高度差
根据上述任务要求，不携带月球车是合乎逻辑的。
然而，在玉兔号月球车上遭遇挫折的科研人员却很不甘心放弃，都想在嫦娥四号月球探测任务上再接再厉。最终，经过他们的努力，任务组总体上同意了他们的要求，通过增加7500N可变推力发动机的比冲、减轻各部件的重量，满足了着陆器增加燃油消耗的需求。
承载着万众期待的嫦娥四号在发射入轨之初就遭遇了事关生死的重大挫折，任务团队的压力可想而知，记得嫦娥四号入轨之后整个媒体圈一片沉寂，也找不到后续的进展报道，直到成功进入月球轨道后才有了任务的进展报道，而当时外界并不知道嫦娥四号到底发生了什么，这样的安排也是为了减轻任务团队的心理压力。
嫦娥四号是如何克服困难最终到达月球并随后成功登陆月球的？
相对于探测器的总燃料量来说，20公斤的燃料泄漏量看似并不多，但经过任务团队的计算，这个泄漏量已经远远超出了设计容忍度，这意味着，如果后续动作按部就班地进行，嫦娥四号将无法确保安全登月，该怎么办？
当时有人提出拆东墙补西墙的办法，就是把登陆任务的燃料省下来10公斤，用于地月转移飞行。这个办法很快就被否决了，因为正如上文所说，登月任务的燃料需求量巨大，而且登月的成败关乎整体任务，容不得半点闪失。
嫦娥四号在距月面5000多米的高度转为垂直下降。
在燃料泄漏报告传出后不到两小时，轨道组迅速制定了基于联合优化控制技术的轨道重建方案，取消了地月转移过程中的推力校准，以节省燃料。
航天器推力校准通常是必不可少的关键步骤，每台发动机的地面数据和在轨数据都有差异，没有在轨推力校准，轨道精度就无法保证，对于嫦娥四号来说，还有撞击月球的风险。
由于缺乏推力校准，7500N可变推力发动机在轨实际推力数据无法掌握，点火正时、近月制动时间只能根据地面数据进行设计，这必然会产生偏差。为了避免撞月，设计人员将初始月球轨道由原来的近地点100公里、远地点100公里调整为近地点100公里、远地点430公里，为推力偏差留出了足够的安全距离。
绕月飞行
在这个方案的帮助下，嫦娥四号最终成功进入月球轨道，并且在完成登月任务后同步卫星距地高度，着陆器还剩余3公斤燃料。
一方面说明我们的嫦娥四号有很强的冗余能力，另一方面也说明在登月阶段遇到故障后，去掉10公斤燃料的决定是正确的。
如果采用拆东墙补西墙的方法，那么我们在登月阶段的燃料缺口至少会达到7公斤，甚至更多，因为如果不进行轨道重建，地月转移时使用的燃料量会更大，登月阶段的燃料缺口自然也会更大，结果可想而知。
嫦娥四号着陆器落月后仍剩余3公斤燃料
回到嫦娥三号，虽然探测器入轨出现了较大偏差，但与嫦娥四号遭遇的燃料泄漏故障相比，显然要轻得多。
此外，关于月船三号，有必要明确以下几点：
月船三号初始轨道近地点比设计轨道低了32公里，只有138公里，距离卡门线也只有38公里，很多人说如果不尽快提高轨道，难道它短时间内还要重新进入地球大气层？
不是，月船三号的初始轨道是大椭圆轨道，远地点虽然也有偏差，但也还是3.63万公里。椭圆轨道通常“远点慢，近点快”，意味着近地点速度较大，轨道高度不易衰减，与近地圆轨道航天器较高的高度衰减速度完全不同。
月船三号每次变轨都是为了升高轨道，然后逐渐接近月球。但为什么第二次变轨时，远地点高度不但没有升高，反而降低了呢？第一次变轨后的远地点高度为41762公里，而第二次变轨后的远地点高度为41603公里，降低了159公里。这是为什么呢？
因为这次变轨主要是为了抬高嫦娥三号的近地点高度，第一次变轨后的近地点高度是173公里，第二次变轨后的近地点高度是226公里，这次近地点抬高了53公里，这是第二次变轨的主要目的。
根据轨道力学原理，航天器在远地点开机，近地点升空。航天器在近地点开机，远地点升空。
正常情况下，嫦娥三号应该在近地点启动，提高远地点高度，进入地月转移轨道。但由于入轨后轨道初始近地点高度过低，不能满足地月转移要求，因此需要在远地点启动第二次变轨，提高近地点高度。至于远地点高度降低，可能是推力偏差导致的，但还是正常的。
月船三号下次还会进行额外的变轨吗？这个还不确定，有两种可能，一是增加变轨次数，毕竟第二次变轨是额外任务，远地点还没升上去；还有一种可能，就是后面每次变轨都增加高度增幅，这样就不用进行额外的变轨了。
无论采用哪种方法，都是围绕如何节省燃料展开的。
月船三号变轨任务增多，必然带来燃料消耗的增加，这是否会导致月船三号登月燃料短缺？
不是，因为地月转移飞行要消耗推进舱的燃料，而用于登月的着陆器却不消耗燃料。
推进舱运载着陆器（-3）
印度任务团队早已预见到了推进舱的意外燃料消耗。月船三号是月船二号的复制品，其推进舱既是地月转移飞行的主控制舱，也是一颗高价值的月球探测卫星，配备了比美国宇航局的LRO月球轨道器分辨率更高的高分辨率相机。
虽然月船二号未能成功登陆月球，但其推进模块作为一颗高价值的月球卫星还是成功的，目前仍在轨道运行，还拍摄了阿波罗登月点的照片，分辨率比 NASA 还高。
月船二号推进舱（轨道器）拍摄的阿波罗12号登月现场（可见登月舱下降段和月球表面活动痕迹。）
由于月船二号月球轨道器目前仍在正常运转，因此在设计之初就决定月船三号推进舱不再搭载大型科学探测载荷，额外的重量资源将使推进舱能够搭载更多燃料。
据透露，嫦娥三号携带的额外燃料可使变轨次数增加两到三次，因此即便存在初始轨道偏差较大的问题，对保证后续地月转移飞行也不存在难以逾越的障碍。
月船三号任务的最大亮点是着陆器登陆月球并释放月球车。
嫦娥四号和月船三号都是两国航天事业的里程碑，双方为此做出的努力和贡献值得尊重。
回顾我国嫦娥四号任务，在完成登月任务后，飞控大厅里出现了这样的一幕：
叶培建院士拍了拍嫦娥四号探测器项目执行主任张辉，张辉因为发射当天的燃料泄漏当即泪流满面，这是历经磨难与辉煌之后的一种压力释放。
“认真、周到、细致、安全可靠、万无一失”是我国航天的16字方针，生动诠释了航天任务的高风险性。这种高风险贯穿了整个过程，不到最后一刻才能分出胜负。这也正是太空探索的魅力所在。
我们在关注国外航天任务时，也需要更加理性，既可以借鉴他们的成功经验，也可以从他们的失败中汲取教训，比如当国外航天任务失败时，国内任务团队也会进行自我反省、举一反三……
为什么我国这些年在月球、火星太空探索上几乎无往不利呢？原因就在于我们拥有更加严谨的态度，以开放的心态汲取人类太空探索的养分。唯有如此，我们才能稳步前行，不断从胜利走向新的胜利。
