嫦娥三號13天後落月 中國首次天體軟著陸

孤寂如雲

從今天淩晨1時30分升空，直到在月球表面虹灣區軟著陸，嫦娥三號要經歷13天的旅程。這是國防科工局公布的一段視頻中透露的信息。

據中國探月工程領導小組高級顧問歐陽自遠介紹，虹灣的落月點就是我國古人所稱的廣寒宮、月桂樹所在的地方，實際上嫦娥玉兔就是降落在了廣寒宮裏。

就這段旅行，北京大學地球與空間科學學院教授、中國空間科學學會空間探測專業委員會副主任焦維新 (微博)接受北京青年報記者采訪時作了解讀。


嫦娥三號六階段探月

第一階段：飛行5天

2日淩晨1時30分，長征三號乙遙二十三運載火箭搭載嫦娥三號衛星在西昌衛星發射中心發射，由運載火箭直接送入據近地點約200千米、遠地點約38萬千米的地月轉移軌道。飛行時間約為5天，其間進行2至3次中途修正。

專家解讀：嫦娥三號的這次奔月飛行比嫦娥二號略長一點。因為這次采用的是飛行時間和飛行路線較長，但比較節省能量的“霍曼軌道”。

第二階段：圓軌道繞月4天

近月制動後，進入100×100千米的環月圓軌道，運行約4天後，擇機變軌。

專家解讀：嫦娥三號的前4天繞月，除了可以對月球進行科學觀測，更是要利用這個機會獲取更多數據，為最後確定著陸點做準備。

第三階段：橢圓軌道繞月4天

變軌後進入100×15千米的橢圓軌道，運行約4天後，從高度約15千米的近月點開始動力下降。

專家解讀：橢圓軌道的近月點是15千米，而且正好在虹灣地區上空，嫦娥三號在後4天的繞月中可以更加準確地對預訂著陸點進行勘察測量，以保證著陸點沒有月坑或大的石頭。如果說前4天繞月是對月球“看一看”，後4天繞月就是“仔細看”。

第四階段：下降720秒後著陸

動力下降的時間為720秒。其間，嫦娥三號將利用微波測距敏感器、激光測距敏感器進行對月測距測速；利用光學成像敏感器在接近段進行粗避障；利用激光三位成像敏感器在懸停段進行精避障，實現安全區軟著陸。

專家解讀：到這個階段，嫦娥三號任務就進入了最關鍵階段，也是最有看點的階段。這短短的12分鐘裏體現出來的技術含量是非常高的。720秒是經過精細計算的——嫦娥三號不是垂直向月面下降，是與月面成一定角度下降，並且“一邊落一邊仔細看”，因為15千米的距離還是比較遠的。在這12分鐘內如果發現月面還有障礙，比如坡度比較陡，或有隕石坑、大石頭等等，還來得及及時躲避。而且下降過程中在一定高度還要懸停一段時間，在靜止的狀態下最後勘測地面障礙。

第五階段：“玉兔”登月

著陸後，擇機完成月球車釋放，著陸器建立工作狀態。“玉兔號”月球車移動到轉移機構上，隨轉移機構運動到位，並駛離轉移機構，抵達月面。

專家解讀：這是唯一沒有公布具體時間的階段，但估計時間不會很長。現在能確定的是，北京飛控中心能夠在第一時間看到嫦娥三號傳回的畫面。

第六階段：月面工作3個月到1年

此後，在月晝期間，著陸器在原地進行科學探測，月球車進行巡視勘察。月夜期間二者都斷電休眠，依靠同位素熱源保持整器的溫度。度過月夜後，通過光照自主喚醒，繼續實施探測任務。著陸器在月面的工作時間是一年，月球車是三個月。

專家解讀：雖然月球車的設計工作時間是三個月，但實際上只要它不發生技術故障，或掉進深的月坑裏，預計能工作的時間會超過三個月。


嫦娥三號探月的意義

首次實現我國航天器在地外天體軟著陸，中國將成為繼美蘇之後第3個實施月球軟著陸的國家；首次實現我國航天器在地外天體巡視探測。全世界只有美國實現了載人登月,蘇聯開展了2次月面無人巡視探測任務,中國是第2個實施無人月球巡視探測的國家；首次實現對月面探測器的遙操作；首次研制我國大型深空站,初步建成覆蓋行星際的深空測控通信網。



揭秘探測器：嫦娥三號是如何設計出來的？

嫦娥三號探測器，是我國第一個“有腿”的航天器。這位“三姑娘”是如何設計出來的？記者采訪了中國航天科技集團的有關專家。


四腿六輪既能落月又能行動

據介紹，“三姑娘”有四條腿六個輪子。航天科技集團主任設計師楊建中介紹，這樣的組合構型，是由其任務特點決定的。嫦娥三號任務主要有兩個：一是實現月面軟著陸，二是實施月面巡視勘察。這需要它既能落到月面上，還能自主動起來。

落月之前，巡視器作為一個載荷被安裝在著陸器上，本身並不工作。整個前期飛行、動力下降以及實施軟著陸過程，都是由著陸器完成的。到月面後，二者互相配合，將巡視器釋放到月面上，成為兩個獨立的探測器，各自在月面開展探測任務。

著陸器包含11個分系統，其中最有特色的當屬著陸緩沖分系統，又集中體現在四條“中國腿”的外形上。就嫦娥三號軟著陸任務來講，腿式能保證著陸的穩定性。

巡視器包含8個分系統，其中最有特色的當屬移動分系統。從外形上看，就是巡視器的6個輪子。中國航天科技集團巡視器副總設計師賈陽介紹，輪式能避免不好控制、遇石塊容易被卡的缺點。

此外，由於探測器的重量限制，嫦娥三號必須“瘦身”，進行集成化、小型化設計，還必須保證系統的可靠性。只有這樣，才能保證它是一個健壯的探測器。


嫦娥落月路徑前所未有

嫦娥三號要在近月點15公里處進行動力下降，這是以拋物線下降。探測器的相對速度要從1.7公里/秒逐漸減為0，過程主要靠探測器自主來完成，人工干預的可能性幾乎為零。距月面100米處時，探測器還要懸停，對月面進行拍照，避開障礙物，尋找著陸點。

對於地面工程人員來說，這一過程尚屬首次，存在兩大風險。一是關鍵設備都是新研制的，包括GNC系統（制導、導航與控制系統）和我國首台全新的7500牛變推力空間發動機。二是軟著陸區域的地形地貌存在一定程度的不確定性。

等到探測器在月面實現軟著陸後，著陸器和巡視器還要進行分離，實現互相拍攝。著陸器基本固定在一個位置，巡視器則需要從著陸器上“走”下來，進行月面巡視勘察。在月面路徑中，還涉及到“地面遙操作”和“巡視器自主控制”相結合的技術手段。

除了地面遙操作外，巡視器也可以利用計算機，對圖像進行處理、識別障礙，規劃出相對較近的局部路徑，控制自身的移動。這時候，巡視器就是一個自主移動的機器人了。


遇冷有“被子”還能“生爐子”

不同於地球，月球表面晝夜溫差較大，溫度高時有120攝氏度，溫度低時在零下180攝氏度。而且，月球的晝夜交替周期也較長，這給“三姑娘”的月面生存帶來了很大的難度。

中國航天科技集團著陸器熱控分系統主任設計師劉自軍用“蓋被子”“生爐子”和“開空調”等熟知的概念解釋熱控設計。嫦娥三號上有一個多層隔熱組件，也就是所謂的“被子”，可以雙向隔熱，外部高溫時候熱量不能往裏傳，外部寒冷時候裏面熱量不能往外漏。

寒冷時“三姑娘”還得“生爐子”。“爐子”主要是同位素核源，它能夠持續放熱。設計師們還設計了重力驅動的兩項流體回路，在需要的時候將熱量導入艙內，不需要的時候切斷傳熱途徑。

到了月晝時，虹灣溫度迅速升高至90攝氏度，在月球表面，散熱的方式只有熱輻射。設計師們在探測器上精心設計了幾個散熱面，可以把設備發出的熱量散出去。

有了這些手段和方法，“三姑娘”便能很好地保護自我，在月面上生存下來，從而用攜帶的科學載荷進行工作。文/新華社記者王敏



揭秘火箭：長三乙為嫦娥做出什麼創新？

長征系列火箭中運載能力最強的“大力士”——長三乙增強型火箭是如何瘦身健體托舉“嫦娥”的？嫦娥三號運載火箭系統總指揮、總設計師和火箭專家們為您解析。“科研人員對火箭開展了六大專項技術攻關，確保托舉保嫦娥‘完美落月’。”嫦娥三號火箭系統總指揮岑拯說。


精雕細琢“瘦”下去

“要‘長途跋涉’把3780公斤的‘嫦娥’精準地送入遠地點38萬公里的地月轉移軌道，已達到長征三號乙火箭的運載能力極限。長三乙增強型的起飛推力是600噸，要提高載荷能力，火箭自身必須‘瘦身’。”嫦娥三號探測器火箭系統總指揮岑拯說。

中國航天科技集團公司運載火箭技術研究院為長三乙量身制定了三子級氫氧貯箱減重方案。貯箱的自重就像“脂肪”，承載的燃料就像身體蘊含的能量。在能量不變的情況下，“脂肪”越少，運載的能力也就越大。為此，運載火箭技術研究院首次采用新型機械壁板銑的方式。這種方法銑出來的壁板光滑、精度高、厚度誤差在0.1毫米之內。正是這樣的精雕細琢，使得貯箱成功減重50公斤。


金牌動力“強起來”

“面對中國飛行器首次對地外天體進行直接探測的全新使命，六院傾力打造高可靠、高性能‘嫦娥三號’飛天動力，使火箭動力系統‘推得精，飛得穩’。”火箭發動機專家、中國航天科技集團公司六院院長譚永華說。

從神舟一號到神舟十號，從嫦娥一號到嫦娥三號，中國航天一次又一次突破極限創造新高度。以設計研制航天發動機為主業的航天六院贏得了“中國金牌動力”的美譽。此次承擔發射任務的長三乙火箭所有發動機和嫦娥三號探測器推進分系統，均由六院研制。

與發射神舟十號用的長二F火箭相比，長三乙增強型增加了一個三子級。這級火箭由兩台氫氧發動機和若干台姿控發動機組成。“氫氧發動機使用液氫、液氧低溫高能推進劑，采用泵壓式燃氣發生器動力循環，燃氣串聯雙渦輪泵系統，具有雙向搖擺，高空兩次啟動能力。它使嫦娥三號奔月之旅更加穩健。”六院副院長劉志讓說。

此外，科研人員對長三乙運載火箭一、二級及助推器發動機進行了一系列可靠性增長改進。

北京青年報