■制图/杨诚
嫦娥三号成功没成功,就是看“嫦娥”能不能“落下去”,“玉兔”能不能在月面“走起来”进行巡视勘察。我预祝“嫦娥三号”任务成功,因为嫦娥三号的工作做得非常好。
——中国绕月探测工程“嫦娥一号”总设计师孙家栋
嫦娥三号探测器2日凌晨1时30分在西昌卫星发射中心发射升空。接下来,嫦娥三号将带着“玉兔”月球车进行90天的奔月、落月、巡月之旅,预计 本月中旬着陆月球虹湾。主要任务是首次实现月球软着陆和月面巡视勘察,并开展月表形貌与地质构造调查等科学探测。任务完成后将留在月球上,不再回来。
另悉,此次任务助推器等残骸将落入贵州、湖南和江西人烟稀少区域,目前已做好相关准备工作。
释疑
为何选在凌晨发射
落月选在月球白天
限定发射时间
北大地球与空间科学学院焦维新教授介绍,月球围绕着地球转,相当于人造地球卫星一样,但是转得比较慢。地球本身在自转,自转比较快,月球有自身 转动的轨道平面,当这个平面扫过西昌卫星发射中心的时候,就是零窗口期,这样可以使嫦娥三号和月球在一个轨道平面上。在选择与月球交会的时候,有很多条件 限制,比如日地月的运动关系、运载火箭的能力等等,都会影响到发射窗口的选择。
焦维新表示,嫦娥三号应在月球的上午落月,月球上是白天的话,可以有更多工作时间,太阳能电池板也能接收能量,所以,等于是落月地点和时刻已限定了,以至于火箭发射的时刻和弹道也就限定了。
为何选长三乙火箭
嫦娥三号探测器重
运载能力要求高
为什么选择长三乙火箭,它有何“过人之处”?专家表示,长三乙增强型火箭是我国长征系列火箭中运载能力最强的“大力士”,箭体直径3米多,高56.4米,相当于20多层楼,是三级捆绑式火箭,在长三甲基础上捆绑了4个助推器,运载能力远高于长三甲和长三丙。
嫦娥三号探测器火箭系统总指挥岑拯表示,为确保嫦娥三号“完美落月”,科研人员还对火箭开展了6大专项技术攻关。包括高精度制导控制提高入轨精 度;多窗口发射技术,实现多轨道窄窗口发射;新型支架为嫦娥三号量身打造“座椅”;遥测图像传输系统,直观反映发射情况;减轻自重;提高可靠性。
为何选在虹湾着陆
地形平坦
能保证降落安全性
按计划,嫦娥三号将在月球虹湾区着陆。虹湾区地处月球的北半球、西半球,在月球正面的雨海区西北角,南北长约100公里、东西长约300公里。
焦维新介绍,着陆的地点要安全、阳光要好,要相对平坦,别人尚未探测过,有科学价值,还要处于月球正面,即朝向地球的这一面,能直接测控通信。
焦维新说,最终也不一定会着陆在虹湾,他说,着陆器是智能的,大概飞到离月球表面比较近的时候,它会悬停,相机拍了照片反馈给它,如果下面有个大坑,需要挪个地方,它自己就会平移,一直挪到照相机告诉它地面平了,它才会降落。
解读
如何实现软着陆
由于任务需要,嫦娥三号的路径设计要在此前基础上更进一层,且难度和风险大大增强。它要在近月点15公里处进行动力下降,接着实现月面软着陆, 然后再进行月面巡视勘察。这15公里的动力下降,是以抛物线下降。探测器的相对速度要从1.7公里/秒逐渐减为0,过程主要靠探测器自主来完成,人工干预 的可能性几乎为零。距月面100米处时,探测器还要悬停,对月面进行拍照,避开障碍物,寻找着陆点。
等到探测器在月面实现软着陆后,着陆器和巡视器还要进行分离,实现互相拍摄。着陆器基本固定在一个位置,巡视器则需要从着陆器上“走”下来,进行月面巡视勘察。在月面路径中,还涉及到“地面遥操作”和“巡视器自主控制”相结合的技术手段。
如何实现月面生存
月球表面昼夜温差较大,温度高时有120摄氏度,温度低时在零下180摄氏度。而且,月球的昼夜交替周期也较长,这给“三姑娘”的月面生存带来了很大难度。
嫦娥三号上有一个多层隔热组件,也就是所谓的“被子”,可以双向隔热,外部高温时候热量不能往里传,外部寒冷时候里面热量不能往外漏。寒冷时“三姑娘”还得“生炉子”。“炉子”主要是同位素核源,它能够持续放热。
到了月昼时,虹湾温度迅速升高至90摄氏度,在月球表面,散热的方式只有热辐射。设计师们在探测器上精心设计了几个散热面,可把设备发出的热量散出去。
有了这些手段和方法,“三姑娘”便能很好地保护自我,在月面上生存下来,从而用携带的科学载荷进行工作。
数字
4大主要任务
嫦娥三号的任务包括四个方面:
——发射嫦娥三号探测器,实现月球软着陆,验证月球软着陆自动控制技术。
——实现巡视器释放分离与转移,进行月面行走,验证月面巡视和遥操作技术。
——着陆器与巡视器进行月夜休眠和月昼唤醒,验证航天器月夜生存技术。