专家解读嫦娥三号之“新” 登月科技将会民用


嫦娥三号探测器搭乘长征三号乙运载火箭于2日凌晨1时30分成功发射。作为近40年来人类首个重新踏上月球表面的探测器,嫦娥三号与之前美苏月球探测器比有什么“新奇”之处,也成为外界关注的热点。在西昌卫星发射中心,多名中国航天重量级负责人向《环球时报》记者介绍了这次“嫦娥奔月”的若干创新。

火箭推力、入轨精度再创新高

运载火箭系统总师姜杰介绍说,为适应任务要求,火箭系统实现了“六大改进”,对火箭的运载能力、高精度导航制导能力、可靠性、适应性、多窗口发射能力等方面加以改进。例如与嫦娥二号相比,同样是送入地月转移轨道(近地点200公里,远地点约38万公里),由于嫦娥三号起飞质量增加,因此需要选用长征三号火箭家族中推力最大、有四个助推器的长征三号乙火箭。

据介绍,这次火箭发射的窗口也改为三天六个,每天有两个窗口,其中最宽的窗口4分钟,最窄的只有1分钟。为此火箭的总体、控制、测量和动力系统也采用新技术来适应这种新要求。任务发射场区指挥部副指挥长赵民解释说,发射时间窗口的变动也是由探测器登月的特殊要求决定的。发射普通的同步卫星时,发射窗口只需要考虑飞行弹道、卫星能源系统在太空轨道能否及时获得太阳能和地面测控是否通畅等几个因素,相对简单。而嫦娥三号除了这些因素外,还需考虑地月的位置关系,中途变轨的最佳时机、探测器到月面后能否获得日照和地面测控信号保障等,要求更为苛刻。

此外嫦娥三号的外形变动较大,运载火箭重新研制探测器支架,保证探测器“坐”在火箭上能够可靠、舒适、安全。这次发射对入轨精度也提出更高要求,因此火箭专门采用高精度的制导技术。

目前除了美俄之外,日本、印度近年来也相继开展月球探测任务,利用新一代探测器获得更多关于月球的信息。姜杰告诉《环球时报》记者,中国长征三号系列火箭的推力在当今世界高轨火箭里属于中等水平,能满足当前航天发射任务的需求。

中国“玉兔”首次登陆月球

嫦娥三号最受关注的就是将实现中国首次在地外天体软着陆和巡视探测,中国成为美苏之后第三个实现月球软着陆的国家,也是第二个实施无人月球巡视探测的国家。探测器系统总师孙泽洲介绍说,嫦娥三号探测器分为着陆器和巡视器(即“玉兔”号月球车),分别包括11个和8个分系统。由于相关任务对于中国探月工程是全新的课题,这些子系统中80%都是全新研制的。他自豪地说,就子系统而言,100%都是中国自行研制的,而且其中约80%-90%的元器件,包括所有的光学器件都是纯正“中国制造”。

然而要让探测器成功降落到月面显然没有说起来那么容易。地面应用系统总指挥刘晓群介绍说,落月的前提是首先根据地面遥测系统提供的数据来确定着陆区。着陆区的选择有很多讲究,首先要选择月球正面,否则无法解决地月通讯问题;其次探测器要降落到一个相对平整的月面;降落地点的地形地貌结构、矿物组成、月壤成分等还要有一定的科学价值。美国一共发射17个月球探测器,主要集中在月球赤道附近,因此我们的探测地点最好是别国没去过的地方。综合各方面因素,嫦娥三号的着陆区选择在虹湾区域。据介绍,嫦娥二号从轨道上已经对那里进行过重点拍摄,虹湾的地质构造复杂,具有很高的科学探测价值,同时地势总体平坦,利于降落,刘晓群表示,希望这次探月能有中国自己的发现。

孙泽洲告诉《环球时报》记者,因为需要考虑飞行偏差、发射窗口时间和落月时机调整等各方面因素,着陆区不可能精确到某个具体地点,而是一个矩形的条状区域。与宇宙飞船释放降落伞的返回方式完全不同,由于月球没有大气,着陆器在月面平稳着陆只能依靠全新研制的变推力发动机来逐渐减小下落速度。孙泽洲介绍说,在降落过程中,着陆器上的定位系统将实时地自行进行测量,判断着陆点的地形是否平整。如果地形不理想,还能重新选择附近的地点。不过他承认,探测器毕竟不是直升机,发动机每秒钟都要消耗一公斤燃料,因此重新选择的降落地点不能太远。

人类史上新任务:看天、望地、探月

探测器登陆月球之后,还远不能说嫦娥三号就已成功完成任务。作为人类重返月球以来首个登陆的探测器,嫦娥三号还担负着众多科学任务。用刘晓群的话来说,就是在月球上“看天”、“望地”和“探月”这三大人类历史上的“第一次”。

“看天”,即利用嫦娥三号上搭载的月基天文望远镜进行天文研究。因为月球表面可以完全避开大气影响,获得极高精度的观测数据,而且月球约27个地球日才自转一周,还能对一个目标开展长达300多小时的持续跟踪。“望地”是利用极紫外相机从月面对地球等离子体层进行观测,而“探月”则是依靠测月雷达测月球地底下30米深土壤层的结构和100米深的次表层结构。

不过“探月”比在地球上进行同类活动难度要大得多。作为测月雷达的装载平台,月球车必须适应各种极端温度变化和四处**的月尘。据介绍,月球车的时速约200米,与美国火星探测器的速度基本处于同一水平。孙泽洲解释说,因为搭载的仪器需要仔细勘测,再加上月面地形坎坷,因此月球车对速度的要求并不高,反而是对爬坡和路线勘测能力的要求很高,据介绍,“玉兔”号不但具备前进、后退、原地转向、行进间转向、爬坡和越障能力,还可以根据探测器获得的图像识别前方障碍物并自主避让,然后重新规划路线。

专家们还强调,探月工程应用的各种高精技术,其实距离我们并不遥远。例如为着陆缓冲机构研制的新型合金具备很好的柔韧性,在民用领域也大有用武之地。而月球车采用的视觉图像处理软件,也可能会在不久的将来走进我们的生活。


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