嫦娥msata落月須闖“五關”

  導航敏感器指揮將有“黑汽車貸款色720秒”
  嫦娥落月,即澎湖民宿將在今晚9點多上演。由著陸器和“玉兔”號月球車組成的“嫦娥三號”預計將於今晚在月球虹灣區軟著陸,這將是此次嫦娥三號任務最大的看點。明晚,月球車要和著陸器“說再見”,兩器分離後,月球車將在月面進行為期3個月的科學勘測,著陸器則不會“挪窩”,在著陸區原地探測。
  在整個落月過程中,嫦娥將經歷與地球失去聯繫的黑色720秒,這段時間里,著陸器導航與控制系統的敏感器,將充當“大腦”裝潢,指揮著陸器平穩降落。
  為何繞了8天才汽車貸款落月?
  嫦娥三號於本月2日發射升空,於6日進入高度為100公里的環月圓軌道。對於已近在咫尺的月球,嫦娥三號為何還要繞飛8天后才著陸?據專家介紹,這主要由落月時間和區域決定。一方面,為能在高溫到來前完成月球車與著陸器分離,嫦娥三號須在月球的上午著陸,這就限制決定它要多飛幾天;另一方面,嫦娥三號此前並不在著陸區虹灣所在軌道面內,而要等到月球轉至虹灣區時才降落。
  落月全程12分鐘
  據悉,嫦娥三號將在近月點15公里處以拋物線軌跡下降,相對速度從每秒1.7公里逐漸降為零。過程經過主減速、快速調整、接近、懸停、避障和減速下降等階段,實現在月球虹灣區的軟著陸。整個過程大概需要12分鐘。
  具體來說,由於月球錶面幾乎沒有大氣層,不能利用降落傘降落,為了減緩嫦娥三號的降落速度,著陸器底部的發動機反推著陸器。當著陸器降落至距離月面100米高度時,懸停在空中,著陸器下方的降落相機充當眼睛的作用,著陸器根據其拍攝到的月面信息,再平移到平緩的區域,垂直下降,但仍然需要用發動機反推,降低下降的速度。
  當著陸器降落到距離月表4米高度時,著陸器懸停在空中,關閉反推發動機,著陸器以初速度為0的自由落體方式降落,並將腿部支架扎進土層。
  如果一切順利,“嫦娥”所帶的降落相機將記錄中國航天器首次地外天體軟著陸的精彩瞬間。
  難關1

  能否及時“剎車”

  準確降落
  好比在高速路上飛馳的汽車,速度慢了耽誤時間,速度太快又不能及時剎車,錯過了目的地,或者一頭撞上去,都不能完成任務。能否在指定的月球虹灣區域準確落下,是嫦娥三號探測器實施軟著陸首先面臨的難題。
  在嫦娥“三姑娘”之前,嫦娥一號和嫦娥二號兩姐妹已解決了繞月飛行的技術問題。這一次,嫦娥“三姑娘”則要解決繞月成功後,能不能在指定區域落下來的問題。
  在人類探測器軟著陸月球的歷史中,就有過沒能“剎住車”的先例,比如美國1962年發射的徘徊者3號,從距月球36793千米處飛過,“剎車”失敗。
  所以,嫦娥三號的“剎車”時間是否合適、遠近距離是否準確,都是此次任務的技術難點和關鍵。為此,北京飛控中心已做了充分的準備。
  著陸是探月最難一環

  難關2

  下降過程嫦娥

  完全自主
  落月過程中,要實時測量探測器運動的速度、高度,隨時調整,而且月面地形地貌很複雜,還要尋找安全的著陸區等,“這些工作都要在很短的時間內完成,而且完全靠探測器自主完成,所以自主導航控制是個難點。”嫦娥三號探測器系統總設計師孫澤洲說。
  15公里開始的“動力下降”階段,被業內人士形容為最驚心的環節,也稱黑色720秒。嫦娥三號要完全依靠自主導航控制,完成降低高度、確定著陸點、實施軟著陸等關鍵動作,人工干預的可能性幾乎為零。“在這個時段內,測控都跟不上了,只能事先把程序設定好。”嫦娥三號探測器系統副總指揮譚梅表示。
  著陸器GNC(制導導航與控制)系統設計了專門的敏感器,進行對月測速、測距和地形識別,確保探測器在著陸段自主制導、導航與控制。
  難關3
  真空下降落能否順利減速
  月球上沒有大氣,這就決定了月面著陸與地球著陸方式完全不同,它是真空狀態下的軟著陸。
  “沒有大氣也就意味著不能利用空氣摩擦實現減速。嫦娥三號探測器要實現月面安全軟著陸,傳統火箭發動機和推進系統無法完成這一任務。因為在月球這一無大氣天體錶面進行的軟著陸機動飛行中,傳統發動機無法實現推力的變化。”孫澤洲說。
  為此次任務新研製的7500牛變推力發動機,能夠進行連續可調節變推力,進而對嫦娥三號實現精準控制,很好地解決了這一難題。但由於是首次研製和使用,7500牛變推力發動機最終的表現如何,還有待實踐的考驗。
  難關4
  落月點小環境未知風險大
  嫦娥三號著陸地點,選在較為平坦的虹灣區域。但最終的落月點選擇,仍存在一定難度。
  “月球錶面從宏觀的方面來說相對還是比較平坦的,但小範圍,比如50米×50米或者10米×10米的小環境,它的地形地貌是什麼樣子,我們不是很清楚,也不知道最終會降落到什麼地方,這對我們而言是一個很大的考驗。儘管採取了很多措施,但風險還是比較大,因為那裡的月石、月坑很多,可能碰到石頭,也可能碰到壕溝,這些情況都可能存在。”吳偉仁說。
  難關5
  著陸衝擊力或讓嫦娥跌倒
  當探測器著陸在月面時,著陸器撞擊月面會形成較大的衝擊力,這可能造成探測器出現翻倒的情況。在美蘇以往的月球探測器軟著陸歷史中,發生過“軟著陸”變“硬著陸”的情況,比如蘇聯1965年發射的月球8號就是撞擊了月面,軟著陸失敗。
  另外,著陸器落在月球會激揚起月塵,月球塵埃如果附著於探測器錶面,能引起光學系統靈敏度下降、機械結構卡死等故障。同時由於月球錶面覆蓋著一層鬆軟且崎嶇不平的月壤,這些都給著陸帶來了困難。
  對此,研製團隊充分考慮了月壤物理力學特性對著陸衝擊、穩定性的影響以及月塵的理化特性等,採用特殊的材料、設計和工藝,研製出全新的著陸緩衝系統,解決上述難題,確保探測器實施軟著陸過程中,在一定姿態範圍內不翻倒、不陷落,併為探測器工作提供牢固的支撐。
  據瞭解,著陸器底下四個金屬腿型結構將起到緩衝作用。著陸器還設有緩衝拉伸桿,也是緩衝吸能部件,主要任務是吸收著陸時的衝擊力。
  探測器的著陸緩衝機構能否經受住考驗,今晚將見分曉。
  晨報記者 韓娜
(編輯:SN067)
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