2013年12月14日21时,“嫦娥三号”探测器变推力发动机开机,开始实施动力下降,探测器要经过主减速、快速调整、接近、悬停、避障和缓速下降6个阶段,直至在月球正面的虹湾以东地区着陆。
“这个过程时间只有十几分钟,就是靠着陆器的自导导航与控制飞行系统,它来完成这个自主的控制。一旦我们开始15公里往下走了,那我们就必须把这个路一直走到要落到月面,很多关键的环节都是一次性都是唯一的,就是开弓没有回头箭。”“嫦娥三号”探测器系统总设计师孙泽洲说。
11分钟之后,“嫦娥三号”探测器在月球表面预选着陆区域成功着陆,这也标志我国成为世界上第三个实现地外天体软着陆的国家。这11分钟,对于普通人来说,是极为短暂的,但是对于孙泽洲和他的团队来说,这是漫长的,一分钟似一年,所以当所有人拍手欢呼的时候,电视机里的孙泽洲以手捂脸,但是短短的几秒钟之后,他就红着眼圈又回到正常的工作状态。
毫无疑问,“嫦娥三号”成功落月给中国探索外太空计划注入了新的强心剂。对此,美联社的报道称:中国“嫦娥三号”登月成功,是人类近40年来首次使用探测器实现月球软着陆,中国也成为继美国和苏联之后第三个实现月球软着陆的国家。中国的太空计划让中国引以为豪,尽管中国的太空技术和经验还落后于美国和俄罗斯,但中国的太空计划在较短的时间内,已经取得了有条不紊的进展,未来10到20年内中国将成为美国和俄罗斯在太空领域的竞争者,而且某些方面可能会超过美国和俄罗斯……
“玉兔”不像兔子跑得快
嫦娥三号卫星是中国国家航天局嫦娥工程第二阶段的登月探测器,“嫦娥三号”由着陆器和巡视探测器组成,进行首次月球软着陆和自动巡视勘察,获取月球内部的物质成分并进行分析,将一期工程的“表面探测”引申至内部探测。
12月2日1时30分,西昌卫星发射中心,长征三号乙运载火箭托举着“嫦娥三号”探测器成功进入地月转移轨道。
巡视探测器,大家都喜欢称其为月球车,而中国取名“玉兔号”。设计质量140千克,以太阳能为能源,能够耐受月球表面真空、强辐射、摄氏零下180度到零上150度极限温度等极端环境。月球车具备20度爬坡、20厘米越障能力,并配备有全景相机、红外成像光谱仪、测月雷达、粒子激发X射线谱仪等科学探测仪器。
“玉兔”在地面的动作主要由地面对它进行遥控操作,但“玉兔”自己具有自主导航、避障的功能。别以为“玉兔”真像兔子一样跑得快。这是它的任务决定的。首先要“看路”,月球上没人帮忙把路修好;其次要跟地面传输信息;还要按照工程目标和科学目标展开工作。检验它的不是速度,而是越障能力。地面实验走10公里没问题,在月球上要看实际情况了。
“身为探测器系统总设计师,能解释一下‘嫦娥三号’具体任务是什么吗?”
“整个‘嫦娥三号’探测器由着陆器和巡视器两部分组成,主要任务是两个:实施月面软着陆和实施在月面的巡视勘察运载火箭先将探测器运送到地月转移轨道。在这个过程中,需要进行1到3次中途修正。随后,探测器进行近月制动进入圆形轨道,并进一步调整为椭圆轨道,为后续动力下降段提供准备。此后,探测器将在飞行4、5天后,在近月点15公里处开始进入动力下降。下降过程持续12分钟左右,并最终实现‘嫦娥三号’探测器的月面软着陆。探测器包括着陆器和巡视器(月球车)。着陆后,探测器将择机释放月球车,着陆器开展就位探测,月球车开展巡视勘察。概括来说,任务成功的标志是:探测器安全着陆月面,巡视器成功转移到月面并行驶,着陆器和巡视器完成互拍并获得图像,即‘落下去,走起来’”。
虽然对于“嫦娥三号”完成任务的能力颇有信心,但是这一路上,还是有很多风险,在着陆器上,他们坚持创新,着陆器自主导航与控制。软着陆过程仅十几分钟,但决定着任务成败。核心的导航敏感器都是新研的,导航算法、软件都是自主创新完成设计的;着陆器推进剂方面,研制了我国在航天器上首次使用的变推力发动机。这是“嫦娥三号”最具代表性的部件之一;着陆缓冲机构,接近月面时发动机关机,是一个自由落体的过程。着陆能量要靠着陆缓冲机构吸收,从而保证整个探测器着陆的稳定性。但是产品状态比较新,设备和产品本身质量风险性相对成熟产品高,而最让人担心的是月球环境、地形地貌的不确定性,这也是“嫦娥三号”最大的风险。
早在“嫦娥三号”探测器成功进入地月转移轨道的当天,孙泽洲就表示:“虽然风险大,但我们还是有信心的。首先,新产品有新产品的好处。新产品在设计上,还是有基础的。并且,随着整个行业的质量管理水平的提高,新产品在初始设计的时候,某些设计环节考虑得会更充分一些,因此在设计上本身固有的可靠性也就会得到相应的保证。”
而事实也果真如预期那般完美,这也让孙泽洲和他的团队深深松了口气。
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