|
||||
嫦娥三號抱著“玉兔”月球車正向著月球奔去,經過數個日夜的飛行後,12月中旬,它將在月球表面著陸,執行月面巡視勘察任務。
與嫦娥二號不同,懷抱“玉兔”的嫦娥三號將不會硬生生地落在月球表面,而是輕輕呵護懷中的“玉兔”,小心翼翼實現軟著陸。但是,月球沒有大氣“包裹”,用降落傘實現軟著陸等辦法行不通,專家稱,嫦娥三號想要軟著陸,需要經過非常精密的規劃。
無法借助降落傘
變推力發動機助嫦娥著陸
據了解,探月作為深空探測的第一步並不容易,之前世界上只有美國、前蘇聯等少數國家涉足。
“嫦娥三號成功與否,要看它能不能‘落下去’,‘玉兔’能不能在月面‘走起來’進行巡視勘察。”中國繞月探測工程嫦娥一號總設計師孫家棟說,嫦娥三號任務真正的難度是要准確落到地球以外的天體。月球上沒有空氣,需要用變推力發動機逐步減速。降落的過程中,探測器會在一定角度上懸停,觀察要落下的月表。
“如果月表情況不好可以再修正,找個平整的地點,這就是懸停避障。在懸停的過程中需要探測器看得清楚,判斷得非常快。選擇好地點後,再落下去。”孫家棟說。
據介紹,著陸器是智能的,飛到離月球表面約100米高處時,底下的相機就會通過拍照反饋信息,如果下面有大坑、需要挪個地方,它就會自己平移,等照相機告訴它地面平了,纔會降落。
多位置懸停避障
近月表將如直昇機般懸停
“嫦娥三號在後4天的繞月中可以更加准確地對預定著陸點進行勘察測量,以保證著陸點沒有月坑或大的石頭。”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說。
此後,嫦娥三號將會在虹灣上方的近地點,距離月球15千米處開始動力下降。動力下降的時間為720秒。“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分鍾裡體現出來的技術含量是非常高的。”焦維新說。
對於地面工程人員來說,這一過程尚屬首次,也存在兩大風險。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)和我國首臺全新的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。
嫦娥三號這15公裡的動力下降是以拋物線下降。探測器的相對速度要從1.7公裡/秒逐漸減為0,過程主要靠探測器自主來完成,人工乾預的可能性幾乎為零。
不能依靠降落傘的嫦娥三號為了避免降落時受損,且降落在合適的位置,它將像直昇機一樣懸停在距離月表100米的空中。
選擇在虹灣著陸
借“眼睛”觀測著陸區狀況
據悉,嫦娥三號著陸區的選擇標准首先通訊要好,第二陽光要好,第三可以研究的科學問題多,第四相對比較平坦,第五其他國家還沒有去勘查過。
虹灣的位置剛好能滿足上述要求。虹灣區地處月球的北半球、西半球,在月球正面的雨海區西北角。所謂月球正面,也就是月球朝向地球的這一面。而且這個39億年前被隕石砸出來的大坑內部相對平坦。
為了保障嫦娥三號“落”得安全,不至於掉到大的月坑裡,嫦娥二號已經用CCD立體相機對虹灣進行了局域超高分辨率立體成像。在虹灣區局域成像中,直徑大於3米的月坑清晰可辨。
同時,當嫦娥三號從距月面15公裡處到落月前的720秒,它還可以通過自己攜帶的“眼睛”觀測月表狀況,利用微波測距敏感器、激光測距敏感器進行對月測距測速,光學成像敏感器在接近段進行粗避障,激光三維成像敏感器在懸停段進行精避障,實現了“一邊落一邊仔細看”。
據悉,嫦娥三號在反推火箭的作用下慢慢下降,直到離月面4米高時再度懸停,把底下的發動機關掉,這樣纔能安全著陸。安全著陸後,“玉兔”月球車將會從嫦娥三號的懷抱中慢慢“走”出,開始它的探索之旅。
觀天看地測月
著陸器和“玉兔”各自探測
據了解,嫦娥三號從距離月面15公裡“落下去”並落到安全的地方,還有三個主要的技術風險:著陸地點如何保證落到需要落的地方;如何確保新研制設備的可靠性;如何確保新軟件的使用狀態。
嫦娥一號衛星總設計師、中科院院士葉培建接受媒體采訪時說,“嫦娥三號成功的話,意味著我們是第三個能夠在月球著陸的國家,也是這幾十年來的第一次。”
“落月”後,著陸器和“玉兔”月球車會同時開展各自探測,這樣的任務被專家們歸納總結為“觀天、看地、測月”。
據介紹,沒有大氣層的月球是最為理想的天文觀測環境,可獲得極高精度的觀測數據,因此著陸器上安裝了一臺天文月基望遠鏡進行“觀天”;“看地”是指安裝在著陸器上的極紫外相機,將對地球等離子體層進行極紫外成像探測,觀察其結構和密度的變化;“測月”則通過安裝在玉兔號上的測月雷達,探測巡視路線上月壤厚度和結構,以及月殼岩石結構,對月表物質成分和可利用資源進行調查。最終這些探測數據將被傳回地球。(南方日報記者王騰騰楊春張婧)