嫦娥三號探測器搭乘長征三號乙運載火箭于2日淩晨1時30分成功發射。作為近40年來人類首個重新踏上月球表面的探測器,嫦娥三號與之前美蘇月球探測器比有什麼“新奇”之處,也成為外界關注的熱點。在西昌衛星發射中心,多名中國航太重量級負責人向《環球時報》記者介紹了這次“嫦娥奔月”的若干創新。
火箭推力、入軌精度再創新高
運載火箭系統總師姜傑介紹說,為適應任務要求,火箭系統實現了“六大改進”,對火箭的運載能力、高精度導航制導能力、可靠性、適應性、多窗口發射能力等方面加以改進。例如與嫦娥二號相比,同樣是送入地月轉移軌道(近地點200公里,遠地點約38萬公里),由於嫦娥三號起飛品質增加,因此需要選用長征三號火箭家族中推力最大、有四個助推器的長征三號乙火箭。
據介紹,這次火箭發射的窗口也改為三天六個,每天有兩個窗口,其中最寬的窗口4分鐘,最窄的只有1分鐘。為此火箭的總體、控制、測量和動力系統也採用新技術來適應這種新要求。任務發射場區指揮部副指揮長趙民解釋說,發射時間窗口的變動也是由探測器登月的特殊要求決定的。發射普通的同步衛星時,發射窗口只需要考慮飛行彈道、衛星能源系統在太空軌道能否及時獲得太陽能和地面測控是否通暢等幾個因素,相對簡單。而嫦娥三號除了這些因素外,還需考慮地月的位置關係,中途變軌的最佳時機、探測器到月面後能否獲得日照和地面測控信號保障等,要求更為苛刻。
此外嫦娥三號的外形變動較大,運載火箭重新研製探測器支架,保證探測器“坐”在火箭上能夠可靠、舒適、安全。這次發射對入軌精度也提出更高要求,因此火箭專門採用高精度的制導技術。
目前除了美俄之外,日本、印度近年來也相繼開展月球探測任務,利用新一代探測器獲得更多關於月球的資訊。姜傑告訴《環球時報》記者,中國長征三號系列火箭的推力在當今世界高軌火箭裏屬於中等水準,能滿足當前航太發射任務的需求。
中國“玉兔”首次登陸月球
嫦娥三號最受關注的就是將實現中國首次在地外天體軟著陸和巡視探測,中國成為美蘇之後第三個實現月球軟著陸的國家,也是第二個實施無人月球巡視探測的國家。探測器系統總師孫澤洲介紹說,嫦娥三號探測器分為著陸器和巡視器(即“玉兔”號月球車),分別包括11個和8個分系統。由於相關任務對於中國探月工程是全新的課題,這些子系統中80%都是全新研製的。他自豪地說,就子系統而言,100%都是中國自行研製的,而且其中約80%-90%的元器件,包括所有的光學器件都是純正“中國製造”。
然而要讓探測器成功降落到月面顯然沒有說起來那麼容易。地面應用系統總指揮劉曉群介紹說,落月的前提是首先根據地面遙測系統提供的數據來確定著陸區。著陸區的選擇有很多講究,首先要選擇月球正面,否則無法解決地月通訊問題;其次探測器要降落到一個相對平整的月面;降落地點的地形地貌結構、礦物組成、月壤成分等還要有一定的科學價值。美國一共發射17個月球探測器,主要集中在月球赤道附近,因此我們的探測地點最好是別國沒去過的地方。綜合各方面因素,嫦娥三號的著陸區選擇在虹灣區域。據介紹,嫦娥二號從軌道上已經對那裏進行過重點拍攝,虹灣的地質構造複雜,具有很高的科學探測價值,同時地勢總體平坦,利於降落,劉曉群表示,希望這次探月能有中國自己的發現。
孫澤洲告訴《環球時報》記者,因為需要考慮飛行偏差、發射窗口時間和落月時機調整等各方面因素,著陸區不可能精確到某個具體地點,而是一個矩形的條狀區域。與宇宙飛船釋放降落傘的返回方式完全不同,由於月球沒有大氣,著陸器在月面平穩著陸只能依靠全新研製的變推力發動機來逐漸減小下落速度。孫澤洲介紹說,在降落過程中,著陸器上的定位系統將實時地自行進行測量,判斷著陸點的地形是否平整。如果地形不理想,還能重新選擇附近的地點。不過他承認,探測器畢竟不是直升機,發動機每秒鐘都要消耗一公斤燃料,因此重新選擇的降落地點不能太遠。
人類史上新任務:看天、望地、探月
探測器登陸月球之後,還遠不能說嫦娥三號就已成功完成任務。作為人類重返月球以來首個登陸的探測器,嫦娥三號還擔負著眾多科學任務。用劉曉群的話來說,就是在月球上“看天”、“望地”和“探月”這三大人類歷史上的“第一次”。
“看天”,即利用嫦娥三號上搭載的月基天文望遠鏡進行天文研究。因為月球表面可以完全避開大氣影響,獲得極高精度的觀測數據,而且月球約27個地球日才自轉一週,還能對一個目標開展長達300多小時的持續跟蹤。“望地”是利用極紫外相機從月面對地球電漿體層進行觀測,而“探月”則是依靠測月雷達測月球地底下30米深土壤層的結構和100米深的次表層結構。
不過“探月”比在地球上進行同類活動難度要大得多。作為測月雷達的裝載平臺,月球車必須適應各種極端溫度變化和四處飛揚的月塵。據介紹,月球車的時速約200米,與美國火星探測器的速度基本處於同一水準。孫澤洲解釋說,因為搭載的儀器需要仔細勘測,再加上月面地形坎坷,因此月球車對速度的要求並不高,反而是對爬坡和路線勘測能力的要求很高,據介紹,“玉兔”號不但具備前進、後退、原地轉向、行進間轉向、爬坡和越障能力,還可以根據探測器獲得的圖像識別前方障礙物並自主避讓,然後重新規劃路線。
專家們還強調,探月工程應用的各種高精技術,其實距離我們並不遙遠。例如為著陸緩衝機構研製的新型合金具備很好的柔韌性,在民用領域也大有用武之地。而月球車採用的視覺圖像處理軟體,也可能會在不久的將來走進我們的生活。
[ 責任編輯：尹賽楠 ]
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