2021-01-14 16:36:24aggartpra

 專傢解析嫦娥三號落月密碼:練成中國輕功

  新華網北京12月14日電(記者餘曉潔、羅沙、李志暉) 14日晚,嫦娥“三姑娘”懷抱“玉兔”駕臨距離地球38萬公裡的月宮,實現瞭中國人數千年的奔月夢想,也讓中國成為世界上繼美國、前蘇聯之後第三個實現著陸月球的國傢。

  嫦娥三號探測器這一落,在天宇劃出一條美麗的弧線。這聽起來輕松浪漫,其實不然。

  試想,探測器本身加上推進劑共3780公斤的“龐然大物”在11分鐘裡速度從每秒約1.7公裡減到零,從15公裡高處降落到一個陌生又崎嶇不平的地方,該是怎樣的驚心動魄!

  “嫦娥”的“輕功”是怎樣煉成的?專傢告訴記者,科研人員在“嫦娥”的“腦子”裡輸入主減速、快速調整、接近、懸停、避障和緩速下降六道“密碼”。

  動力:推得精、變得準

  問:月球上空沒有大氣,嫦娥三號是如何實現減速的?

  火箭專傢、中國航天科技集團公司第六研究院副院長劉志讓:我們為嫦娥三號量身研制瞭變推力發動機。它朝著嫦娥三號落月運動的反方向作用,從而實現減速。隻有發動機“推得精”,嫦娥三號的速度才能“變得準”。嫦娥三號推進分系統由1臺7500牛變推力發動機和若幹臺姿控發動機組成。這臺7500牛變推力發動機是我國目前推力變化范圍最大的發動機。這是變推力發動機在我國探月工程乃至我國航天事業中的首秀。研制難度、技術與控制精度要求之高前所未有。

  北京飛控中心總體室副主任吳鳳雷:短短幾分鐘內,嫦娥三號在導航制導控制系統的指揮下改變推力大小,完成主減速和快速調整。速度從每秒1.7公裡降至大約每秒50米,高度從15公裡降至不到3公裡。

  制導:聰明的“大腦”

  問:15公裡內的動力下降,嫦娥三號是自主導航還是根據地面指令行動?

  嫦娥三號探測器系統副總指揮譚梅:整個動力下降段就十多分鐘,時間非常非常短。國外同行把類似這種地面無法直接控制探測器的短暫時間稱為“黑色瞬間”。隻能事先把程序設定好存進去,讓嫦娥三號有“足夠聰明的大腦”--導航制導控制系統。

  嫦娥三號著陸器分系統副總設計師張熇:導航制導控制系統是整個探測器的重大難點之一。我們為嫦娥三號裝備瞭全新的測距測速敏感器以及地形識別設備,同時研發瞭一套完整的控制算法。導航制導控制系統將測速測距數據和地形數據結合判斷,最終形成一套完善的策略來控制推進系統,確保實現平穩降落。

  中國航天科技集團公司五院西安分院黨委書記李軍:動力下降段測距測速敏感器發揮重要作用。安裝在著陸器上的測距測速天線,像靈敏的“觸角”,實時收發射頻信號,並及時傳遞至探測器控制系統,實時掌握嫦娥三號著陸器相對於月球表面的速度和位置。

  吳鳳雷:完成快速調整後嫦娥三號進入接近段和懸停段,距離月面高度逐步下降至約百米,然後懸停。

  避障:“我們都是你的眼”

  問:月面崎嶇不平,嫦娥三號如何避開巖石大坑?

  張熇:嫦娥三號在接近段有一次光學成像,先大范圍找一個相對平的地方挪到那附近。然後一百米懸停的時候再找一個更平坦的小范圍。

  譚梅:懸停的目的就是讓嫦娥三號避開障礙、搜索安全著陸區。嫦娥三號預選著陸區虹灣相對平坦。但月球表面仍然存在坡度、石塊等不確定地質條件。嫦娥三號攜帶的測距測速儀,激光三維成像敏感器等就相當於嫦娥的“眼睛”。它們對月球表面快速掃描,並繪制出立體影像。

  中科院上海技術物理研究所舒嶸研究員:激光三維成像敏感器的測量范圍是50至120米,大約從距月面100米處開始工作,為嫦娥三號提供著陸區三維地形信息,幫助它避障。

  落月:“中華好輕功”

  問:嫦娥一號完成繞月使命後重重撞月消香玉隕,嫦娥三號如何做到輕柔落月?

  吳鳳雷:經過粗避障、精避障,嫦娥三號距離自己選擇的著陸點隻有數米時,接到關機信號發動機關閉,進入無動力下降。著陸時,“嫦娥”的垂直速度不大於4米每秒。

  嫦娥三號探測器系統總設計師孫澤洲:地外探測器的落地緩沖可以用氣囊或者緩沖腿,嫦娥三號采用瞭四條著陸腿。它因此成為我國第一個帶腿的航天器。

  由中科院合肥物質科學研究院和固體物理研究所研制的著陸器緩沖吸能部件,采用瞭一種具有優異力學性能、高吸能本領的新材料,確保著陸器以舒適的方式著陸,而不翻倒。

  著陸緩沖分系統主任設計師楊建中:這四條腿著陸時承受巨大的沖擊,卻能保證嫦娥三號強、輕、柔、穩地落月。我們驕傲地稱之為“中國腿”。