按照計劃,今晚9時40分左右,嫦娥三號探測器將從距月面15千米的近月點以拋物線的路線開始動力下降,相對速度從每秒1.7公里逐漸降為零,且歷經兩次懸停。整個著陸過程約為7貸款20秒,即12分鐘。這12分鐘被稱為整個嫦娥三號任務中最驚心動魄的環節。因為在12分鐘內人工測控無法跟上,探測器只能按照預定程序,完全依靠自主導航控制,完成減速、降低高度、確定著陸點、軟著陸等一系列關鍵動作。記者從探測器的誕生地——中國航天科技集團瞭解到,為了這驚心動魄的720秒,中國的科技工作者打造了四大利器。
  揭秘
  利器一:

  GNC系統 為九份民宿落月找路
  720秒內無法人工干預,探測器落月靠的是基於對月測速、測距和地形識別的GNC系統。嫦娥三號GNC分系統主任設計師梁俊告訴記者,GNC是制導、導航、控制三個詞的縮寫。導航可以讓探測器知道自己所在的位置,制導可以規劃路徑,控制就是根據探測器的位置,按照目標完成著陸任務。GNC具有感知功能,可以“看”到月面的情況,測量到落月過程中探測器的姿態、速度、與月面的距離等,同時把各種信息彙集到中心計算機進行處理,再根據事先設定好的落月要求,對探測器進行控制。通過“看見”、測量、計算處理、控制執行,來指揮探測器房屋貸款落月。
  美國“阿波羅”載人登月計劃中,“阿波羅”是依靠宇航員的眼睛識別月面障礙的房屋二胎。而嫦娥三號是無人軟著陸,因此探測器需要具有自主障礙識別能力。為此,GNC團隊研製了激光三維成像敏感器,用來代替人眼,在距離月面較近時獲得待著陸區域精確的三維高程圖信息,可精確分辨月面上比較小的障礙。同時,在距離月面較遠時還增加了一個光學成像敏感器,用於在較大範圍內識別較大尺寸的障礙。這樣一套遠近結合、粗精並用的接力避障策略,大大提高了著陸的安全性。
  GNC系統包括數十臺單機、幾十套軟件,研製團隊成員大都是博士。為了落月到12分鐘,GNC系統進行了上萬次數學仿真、成百上千次桌面聯試,以及模擬月球重力環境和月表地形地貌,發動機點火,與真實的GNC京站美食系統相配合進行的多次大型地面試驗,這樣的試驗力度“史上空前”。
  利器二:

  發動機 6萬秒測試只為1200秒飛行
  嫦娥三號探測器上一共有29台發動機,其中,“7500牛變推力發動機”直接決定著嫦娥三號奔月與落月的成敗,且沒有備份。月球錶面沒有空氣,無法使用降落傘等空氣摩擦產生阻力的方式對探測器進行減速。因此減速的實現只能依靠變推力發動機。
  7500牛變推力發動機是為嫦娥三號任務專門研製的。它的難度有多大?據嫦娥三號推進系統主任設計師金廣明介紹,一般衛星的發動機最大推力只有490牛(發動機推力單位),神舟系列載人飛船發動機的推力也只有2500牛,由此看出7500牛發動機絕對是個“大家伙”。它還能根據預定設計,進行變推力調節,這要求發動機必須靈活地調節動力,讓探測器平穩地落到月面。在擁有巨大推力的同時,還要受重量、結構尺寸等條件限制,工作時產生的大量散熱還不能影響探測器上儀器設備的正常工作,其設計難度可想而知。負責發動機研製的航天集團六院院長譚永華告訴記者,該發動機的相關試驗進行了100多次,僅點火試驗就累計達到6萬多秒,就是為了確保它在軌工作的1200秒不出任何問題。
  利器三:

  四條長腿 確保落月時“站穩”
  探測器降落月面時,來自月面的巨大衝擊力將是其安全著陸的最大威脅。美國和前蘇聯探測器的軟著陸方式主要有三種:氣囊彈跳式、著陸腿式和空中吊車式。而嫦娥三號靠的是四條長腿和四隻大腳。
  嫦娥三號探測器安裝了四條著陸腿。科研人員在“腿骨”內部增加了塑性變形吸能材料,在著陸衝擊時能起到很好的吸能和緩衝作用。腿部末端還安裝了臉盆大小的圓形大腳,可以保證著陸器在複雜的月球錶面站穩腳跟。其研製人員告訴記者,大量試驗表明,即使探測器落在石塊上,或者一邊腿在石頭上,一邊在坑裡,只要傾斜度不超過十幾度,探測器就不會翻倒。在地面試驗場中,嫦娥三號著陸器從初樣到正樣進行了近百次模擬試驗。從水平面到十幾度的坡面,著陸器的修長美腿均表現優異。
  利器四:

  小小密封圈 研製多年
  乘坐阿波羅號登月的宇航員曾在回憶錄里這樣描述初登月球時的震撼情景:月亮上沒有風,月塵揚起後,會長時間懸浮在半空中落不下來。
  由於月塵帶有靜電,容易吸附在巡視器錶面或侵蝕巡視器的活動部件,因此防塵密封圈就變得格外重要。就是一個小小的密封圈,研製人員足足花費兩年的時間才找到合適的配方。他們對設計出來的每一種配方都進行了高溫壓縮永久變形測試、壓縮耐寒繫數測試、耐熱空氣老化測試等多項測試,通過數十次試驗,終於確定了配方。由於月塵的直徑不足1毫米,甚至只有幾微米,因此必須把密封圈的尺寸做到恰到好處,鬆了月塵就會進入,緊了就會被磨損,這對工藝與製作能力提出了苛刻的要求。
  解讀

  落月“軟著陸”與“硬著陸”區別
  今晚,嫦娥三號如果按計劃成功在月面實現軟著陸,將是繼1976年之後,首次有人造航天器在月球錶面實現軟著陸。
  軟著陸是相對“硬著陸”而言的。所謂“硬著陸”,是指航天器在降落時不減速,直接衝撞月球錶面,會對航天器造成毀滅性的衝擊。北京大學地球與空間科學學院焦維新教授告訴記者,“硬著陸”是人類瞭解月球的初級階段,也分為“不受控撞月”和“受控撞月”兩種類型。無論哪種,都只能在撞月之前實現近距離觀測月球的目的。如果要更進一步探測月球,航天器不能總一頭撞向月球,需要航天器能夠完好地抵達月面。軟著陸,就是在月球錶面沒有空氣、無法使用降落傘的前提下,通過減速裝置,使人造航天器減速安全地抵達月面,並平穩著陸。
  人造航天器的首次成功硬著陸和軟著陸都是由前蘇聯實現的。1959年9月12日,前蘇聯的月球2號探測器發射升空,在月球錶面硬著陸,成為到達月球的第一位使者,但它的無線電通信裝置在撞擊月球後就停止了工作。1966年2月3日,前蘇聯發射的月球9號在月面安全落月,開創了人類探測器零距離考察月球的新階段。
  在嫦娥三號之前,只有美國、前蘇聯成功實施了13次無人月球軟著陸。這13次成功也伴隨著多次失敗。據統計,在上世紀六七十年代的美蘇太空競賽中,成功發射的具有軟著陸任務的30個航天器中,最後成功著陸的只有20個。1976年,前蘇聯的月球24號從月球成功返回後,已經有37年沒有任何人造航天器踏足月球。
  2007年,我國發射的嫦娥一號成功進行了月球“硬著陸”。
  回顧
  嫦娥三號飛行歷程
  12月2日凌晨1時30分
  搭載嫦娥三號探測器的長征三號乙火箭點火升空。嫦娥三號開始奔月之旅。 12月6日17時53分
  嫦娥三號成功實施近月制動,順利進入100×100千米的環月圓軌道。
  12月10日21時20分
  嫦娥三號在環月圓軌道成功實施變軌控制,順利進入預定的月面著陸準備軌道,即近月點高度約15千米、遠月點高度約100千米的橢圓軌道。
  12月14日21時40分左右
  嫦娥三號將運行到距月面約15千米的近月點,以拋物線的路線開始動力下降。
  本版文/本報記者 雷嘉
  本版供圖/CFP東方IC
  “玉兔號”月球車建立通信鏈路,設置初始狀態。
  15日夜間或16日凌晨,月球車環繞著陸器一周,與著陸器互相拍照,獲取著陸器及特定局部成像。標志著嫦娥三號登月成功,月球車進入月表漫步和探測階段。
  月球車移動到轉移機構上,然後隨轉移機構運動到位,並駛離轉移機構,抵達月面。
  15千米
  14日21時40分左右,嫦娥三號運行到距離月面約15千米的近月點,以拋物線的路線開始動力下降,相對速度將從每秒1.7公里逐漸降為零。
  100米
  在距月面100米處時,嫦娥三號進行第一次懸停,利用激光三維成像敏感器進行精避障,根據成像情況選擇著陸點,如果發現月面有障礙物將進行平移。然後繼續緩慢下降。
  4米
  在距月面4米高時,嫦娥三號進行第二次懸停,如發現月面有障礙物再次平移。然後關掉反衝發動機,自由下落,直至相對速度降為零,探測器的4條著陸腿落在月面。整個降落過程持續時間約為720秒。
(原標題:嫦娥今晚闖關 12分鐘驚心落月)
(編輯:SN067)
創作者介紹

橫町 melibell

evhzqn 發表在 痞客邦 PIXNET 留言(0) 人氣()