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“嫦娥”夜奔蟾宫 “玉兔”待降虹湾

时间:2021-09-30 13:52 来源:网络整理 转载:tech136资讯网
/CFP□综合新华社、法制晚报、新京报子夜时分,大地在沉睡。大凉山峡谷中的西昌卫星发射场,长征三号乙运载火箭静静依偎在发射塔架的环抱中。2日1时26分,塔架上

   □综合新华社、法制晚报、新京报

  子夜时分,大地在沉睡。

  大凉山峡谷中的西昌卫星发射场,长征三号乙运载火箭静静依偎在发射塔架的环抱中。2日1时26分,塔架上,刚刚给火箭加注完低温燃料的工作人员,正进行最后的撤离。

  数十米高的火箭顶部整流罩内,端坐着一位现代“嫦娥”:****第三颗探月卫星——嫦娥三号月球探测器。重近3.8吨的探测器,由着陆器和“玉兔”号月球车组成。“1分钟准备!”1时29分,静寂山谷中传来“零号指挥员”鄢利清响亮的声音。这名“80”后科技人员,已是第二次担任嫦娥发射任务“零号指挥员”。

  塔架徐徐打开。乳白色的火箭箭体上,“****航天”4个鲜红的大字在灯光下分外醒目。火箭顶部整流罩上,****探月工程的标志清晰可见。

  这是****的第三次探月飞行。从嫦娥一号的“绕”月到嫦娥三号的“落”月,****探月工程“三步走”战略正在有序推进,****人登上月球的梦想正在逐步变为现实。

  时间一秒一秒地滑过,嫦娥三号静待出征的号令。来自海内外数十家媒体的记者把“长枪短炮”都对准了一个方向:发射塔架。“10、9……3、2、1,点火!”鄢利清有力地发出号令。与此同时,发射控制台操作手白春波重重地按下红色点火按钮。

  捆绑了4枚助推器的火箭喷出一股橘红色烈焰。巨大的火焰将塔架下导流槽内数百吨水瞬时化为蒸汽。总重达数百吨的运载火箭拔地而起,拖着长长的尾焰直刺天幕。

  在火箭腾空的同时,嫦娥工程各大系统上万名参试人员、数千台套设备一齐启动。

  “火箭飞行正常”“跟踪正常”“遥测****正常”……从西昌到北京、西安,从厦门、喀什测控站到大洋上的远望号测量船,测控****的接力实时传来。

  一二级分离、抛整流罩、二三级分离、三级发动****机……西昌指控大厅内,显示屏正以动画的形式实时显示飞行的每一个关节点。

  1时48分许,器箭分离。火箭将探测器成功送入近地点高度200公里、远地点约38万公里的地月转移轨道。

  太空长途跋涉之后,嫦娥三号将在月球实施****首次地外天体软着陆,随后开展一系列科学试验。

  2时18分许,嫦娥三号探测器太阳能帆板展开。指控大厅内掌声四起。随即,西昌卫星发射中心主任张振中宣布:嫦娥三号发射任务取得圆满成功!

  [4大任务]

  ●发射嫦娥三号探测器,实现月球软着陆,验证月球软着陆自动控制技术。

  ●实现巡视器释放分离与转移,进行月面行走,验证月面巡视和遥操作技术。

  ●着陆器与巡视器进行月夜休眠和月昼唤醒,验证航天器月夜生存技术。

  ●考核嫦娥三号探测器、长征三号运载火箭的功能与性能,以及发射场、测控、地面应用系统执行任务的能力。

  [6个“首次”]

  ●首次实现我国航天器在地外天体软着陆。****将成为继美苏之后第3个实施月球软着陆的国家。

  ●首次实现我国航天器在地外天体巡视探测。

  ●首次实现对月面探测器的遥操作。

  ●首次研制我国大型深空站,初步建成覆盖行星际的深空测控通信网。

  ●首次在月面开展多种形式的科学探测。

  ●首次研制建设一系列高水平特种试验设施,创新形成了一系列先进试验方法。

  发射时间为何选在凌晨,

  嫦娥三号的落月时间选定月球的白天上午,这样太阳能电池板才能接收能量,所以限定了发射时间。

  北大地球与空间科学学院焦维新教授介绍,月球围绕着地球转,相当于人造地球卫星一样,但是转得比较慢。地球本身在自转,自转比较快,月球有自身转动的轨道平面,当这个平面扫过西昌卫星发射中心的时候,就是零窗口期,这样可以使嫦娥三号和月球在一个轨道平面上。发射前,根据任务安排,嫦娥三号的发射窗口共6个,最长4分钟,最短的仅为1分钟,对发射的精准度要求很高。一旦第一个发射窗口不能发射,必须要尽快进入第二个发射窗口的工作状态。第一个发射窗口与第二个发射窗口间隔仅40多分钟,所以转换难度很大。

  在选择与月球交会的时候,有很多条件限制,比如日地月的运动关系,运载火箭的能力,探测器可携带的燃料总量、气象等等,都会影响到发射窗口的选择和飞行轨道的设计。

  焦维新表示,嫦娥三号应该在月球的上午落月,月球上是白天的话,可以有更多工作时间,太阳能电池板也能接收能量,所以,等于是落月的地点和时刻已经限定了,以至于环月的飞行过程、火箭发射的时刻和弹道也就限定了。

  运载火箭为何选“长三乙”,

  长三乙改进型运载火箭首次采取双激光惯组加卫星导航修正复合制导方式,确保火箭精确入轨。

  “火箭加注燃料,意味着发射真正进入倒计时。这将是长三乙火箭的第25次出征。”嫦娥三号火箭系统总指挥岑拯说。

  为什么选择长三乙火箭,它有何“过人之处”,

  在这次发射任务中,嫦娥三号要一次入轨,直接进入近地点200公里、远地点约38万公里的地月转移轨道。“这对火箭的发****度提出了很高要求。”探月工程火箭系统总设计师姜杰昨日在接受记者采访时说,发射时出现一点偏差,嫦娥三号在地月转移中就将出现很大失误。“为满足嫦娥三号发射要求,担负运载任务的长征三号乙改进型运载火箭首次采取双激光惯组加卫星导航修正复合制导方式,确保火箭精确入轨。”姜杰说。

  姜杰解释说,双激光惯组平台是一个内测装置,就像人的“小脑”一样,它借助陀螺等敏感器判断火箭的飞行姿态,并利用数字化方程模式计算出如何较正,同时利用其惯性环境,确保火箭不偏离预定的轨道。

  “在此基础上,嫦娥三号增加了卫星导航修正装置。”姜杰说,因为双激光惯组平台是内测设备,如果在火箭运行过程出现系统误差导致火箭飞行轨道异常,卫星导航修正装置可以弥补这一不足。“它用于接收外测信息,通过外测****进行修正,并消除内测设备的系统误差。”“这相当于给嫦娥三号精确入轨加了个‘双保险’。”姜杰说,这不仅能够保证探测器能顺利入轨,还能节省燃料为后续工作****动力。

  着陆地点为何选在虹湾,

  虹湾地处月球朝向地球的这一面,地形平坦,能保证降落的安全性。降落过程中会悬停避障,找到平整地点才会下落。

  中科院院士、****探月工程领导小组高级顾问欧阳自远此前曾介绍,按计划,嫦娥三号将在月球虹湾区着陆。虹湾区地处月球的北半球、西半球,在月球正面的雨海区西北角。所谓月球正面,也就是月球朝向地球的这一面。月球自转一周和绕地球一周约28天,所以地球上的人们永远只能看到月亮的一半,看不到另一半。

  着陆区首先通讯得好,第二,阳光要好,第三,可以研究的科学问题多,第四,相对比较平坦,第五,其他国家还没有去勘察过。****和前苏联月球探测到的较多的地方是月球赤道附近,高纬度地区不多。虹湾是月球研究的空白,我们希望了解那里的知识,比如有什么石头,成分是什么,起因如何。

  焦维新教授介绍,选择虹湾,主要因为比较平坦,能保证降落的安全性。月球赤道附近高原比较多,坑比较多,对于着陆不太安全。还要有阳光,这样嫦娥三号的太阳能电池板可以吸取能量来工作。焦维新表示,最终也不一定会着陆在虹湾,他说,着陆器是智能的,大概飞到离月球表面比较近的时候,它会悬停,相机拍了****反馈给它,如果****有个大坑,需要挪个地方,它自己就会平移,一直挪到照相机告诉它地面平了,它才会降落。

  14天“黑暗期”如何熬过,

  “玉兔”将遵循工作14天、休眠14天的模式,太阳能面板和“暖宝”将助“玉兔”适应高达330℃的月昼月夜温差。

  月球上一夜相当于地球上14天,这意味着在近半个月的时间里,“玉兔”号月球车无法指望太阳能供电,它怎样才能熬过漫长黑夜,

  “月面夜间最低温度可以降至-180℃,电子设备根本无法工作。”探月工程副总指挥、探月与航天工程中心主任李本正表示。由于月球没有大气层,月昼月夜温差高达330℃;而且因为月壤的热导率极低,即使在日间,只要月球车的一个部件处在阴影下,阴影中与阴影外的温差同样高达300℃。

  科研人员为“玉兔”号精心设计了休眠模式——14天工作,14天“睡觉”。这种“日出而作,日落而息”的规律作息,极大地增强了“玉兔”号适应月表恶劣环境的生存能力。

  测控系统主任设计师张波介绍,“白天时,月球车的太阳能电池帆板要调整角度,避免被阳光照射得太热。最热的月午,月球车还要‘午休’。”张波介绍,“玉兔”号设计寿命为3个月,这意味着其要经历3个月球白天和3个月球黑夜。所有的工作,要在月球时间的“上午”和“下午”完成。

  焦维新表示,对于一些特别娇嫩的设备,车内还专门准备了“暖宝”——月球车将首次使用我国自主研制的原子能电池,接受严寒、酷暑的考验。其热控系统将通过同位素热源、隔热组件、散热面设计等组件,使工作时的舱内温度控制在20℃至55℃之间。

  崎岖月球路“玉兔”怎么走 ,

  有4只“眼睛”能够自主判断安全避让,时速约200米。

  全程参与研制的主任设计师肖杰说,月球重力是地球的1/6,表面土壤非常松软,凹凸不平,有石块、有陨石坑,还有陡峭的高坡。在这种环境中,月球车既不能打滑,更不能翻车。想要克服这些困难,“玉兔”号须具备“眼观六路、耳听八方”的本领。

  肖杰介绍,“玉兔”号有4只“眼睛”,分别是全景相机和导航相机。通过相机观察周围环境,对月面障碍进行感知和识别,然后对巡视的路径进行规划。遇到超过20度的斜坡、高于20****的石块或直径大于2米的陨石坑,能够自主判断安全避让。

  为了适应月球的恶劣“路况”,“玉兔”号对“车轮”要求极高。

  研制中,科研人员曾拿出四轮、六轮、八轮以及履带式等几十种方案。最终,“六轮独立驱动,四轮独立转向”的方案,凭借高可靠性和低重量的完美结合一举胜出。

  据探测器系统专家介绍,“玉兔”号会慢慢移动,比人们想象的走得慢,时速约200米。它的高性能体现在越障能力和通过性,而不是追求高速度。

  如何防“月尘”防宇宙射线辐射 ,

  月球车会通过控制姿势等方式消除月尘,身披“黄金甲”可阻挡宇宙中各种高能粒子的辐射,保护月球车腹中的科学探测仪器。

  月球车在月面“行走”风险重重。由于太阳紫外线辐射的影响,月壤细粒会周期性地升起,而月球重力仅为地球的1/6,月球车行走时更容易带起大量月壤细粒,形成月尘。月尘可能进入甚至覆盖月球车所载仪器设备,一旦附着很难清除。月尘可能引起月球车很多故障,包括机械结构卡死、密封机构失效、光学系统灵敏度下降等。

  此外,由于月球重力仅为地球的1/6,这使得月球表面的土壤远比地球上松软,月球车的行进效率会降低。而低重力导致的摩擦系数降低,使得在月球上行走远比在地球上容易打滑,这对月球车的控制系统提出了更高的要求。

  ****田纳西大学的科学家们提出,利用磁场****月球空气过滤器的设想。利用多个永久磁铁产生一个巨大的磁场,以吸附空气中的月球尘埃微粒。而关掉过滤器,就能把尘土擦掉。

  专家认为,这为我国月球车的研制****了一些新的思路。焦维新表示,月球车会通过控制姿势等方式消除月尘。

  因为缺乏大气,****后的月球车将完全暴露在多种宇宙射线下,强烈的电磁辐射可能破坏电子 ,叵低场

  “玉兔”被设计为身披“黄金甲”,目的不是为好看,而是为了反射月球白昼的强光,降低昼夜温差,同时阻挡宇宙中各种高能粒子的辐射。所有这一切,都是为了支持和保护月球车的腹中“秘器”——红外成像光谱仪、激光点阵器等10多套科学探测仪器。

  [链接]

  全球迄今探月130次成功率为51%

  难点一:月面着陆

  从上世纪50年代末开始,为月面着陆而发起首波冲击的是苏联“月球”号和****“徘徊者”号系列探测器,但在它们递交的初始成绩单上却是一连串“失败”。

  由于设计、生产和元器件质量问题,这些落月先驱们有的升空即炸毁,有的在低轨道上踌躇不前,有的错过了绕月窗口,还有的一头扎进月球背面再无音讯。

  为了软着陆,1965年苏联操控人员向着月球5号和月球7号探测器,用力按下反方向制动火箭启动指令。然而前者的制动火箭沉默不语,后者过早发飙、提前撤火,最终全成“硬摔”。

  但失败是成功之母。1966年2月,苏联月球9号探测器小心翼翼地启动轨道修正发动机,制动火箭准确应答喷火,气囊及时打开,探测器底部的一根5米长探针触探月面……在如此护航下,地球“使者”终于首次平安降临月宫。

  迄今全球共实施约130次探月,成功率为51%。其中,只有****和苏联完成了13次月面无人软着陆。

  难点二:昼夜温差

  登月后的探测器须先生存、后工作,最高达330摄氏度的月面昼夜温差始终是生死考验。 1970年11月,人类首次派出的自动巡月 “钢铁侠”——苏联的月球车1号从月球17号落月探测器内,径直驶入月球正面北部“雨海”(实为平原),在11个月内总共挺进10余公里。巡察期间,其配备的同位素热源和散热装置出色应对寒来暑往,直至同位素材料自然耗尽,方才彻底退休。

  巡月考察的危险可能始料未及。1973年1月,被科学家寄予厚望的苏联月球车2号在“雨海”以东的“澄海”边区亮相。然而4个月后,当它在地面操控下驶入一个“年轻”的环形山时,疏松的月壤使其轮子空转,腾起的浮土覆盖了太阳能电池板和散热器,导致供电骤减、车内过热,无奈折戟。

  (据新华社电)

  ****早期探测器落月都是“盲降”

  “据报道,嫦娥三号着陆器有避障能力,所以希望它能避开石头等任何大障碍。要知道当初****‘勘测者’系列探测器落月时都是‘盲降’啊”,****航天局月球探索分析小组成员、约翰斯·霍普金斯大学科学家杰夫·普莱夏近日在接受新华社记者采访时这样说。

  据普莱夏介绍,“勘测者”探测器落月时只能简单地执行事先设计好的降落程序,然后听天由命。 “勘测者”系列探测器除了在落月中途失败过两次外,其余5次全部安全着陆。

  苏联“月球”系列探测器也有好几次落月失败。普莱夏举例说:“在2009年升空的**** ‘月球勘测轨道飞行器’拍摄的图像中,我们发现了‘月球23号’探测器。它显然在降落时由于速度太快而发生翻滚,导致失败。所以我们看到的只能是这个探测器的‘身体’一侧。 ”

  “没有一个****着陆器,无论是‘勘测者’还是‘阿波罗’,是真正水平着陆的,它们落月时都是倾斜的,”普莱夏说,“这是因为月面凹凸不平,有很多微小的陨石坑。但对落月来说,小坑一般不是大问题,真正妨碍着陆站稳的是石头。当然,我相信****测控人员借助绕月探测器已经拍摄了很多图像,可以选择石头相对较少的安全月面着陆。 ”

  普莱夏介绍说:“如果着陆过程中出了问题,你真的什么也做不了。在月球上,因为通信****延迟时间短,你或许还能知道出了问题。要是在火星上,着陆都已经失败了,你还不知道呢。 ”

  普莱夏还指出,数十年来,登月技术已有了很大进步,落月的危险小了很多,但最危险的阶段就是最后几米。对软着陆而言,最重要的技术是避障。 “当你接近月表时,如果用成像系统或雷达等****发现有障碍,就需让探测器移动一下位置。无论是否真有障碍,重要的还是看避障技术,”普莱夏说。

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