肩负“落月”重任的嫦娥三号已完成各项研制和试验,运载火箭和探测器已转入西昌卫星发射中心发射现场。如果气象等条件具备,将于12月上旬择机发射。
本报北京11月26日电
记者 李光敏
在11月26日国家国防科技工业局举行的嫦娥三号任务第一次新闻发布会上,国防科工局新闻发言人吴志坚披露了嫦娥三号任务的最新进展。探月工程副总指挥李本正宣布,我国首辆月球车—嫦娥三号巡视器全球征名活动结束,月球车命名“玉兔”号。
吴志坚说,嫦娥三号是我国航天领域迄今最复杂、难度最大的任务,研制过程中,需要突破月面软着陆、两器分离、月面生存等七大关键技术。
对80%以上的技术和产品为全新研发的嫦娥三号而言,“奔月”途中的每一步都充满挑战,除了“落下去”—轻盈着陆,“活下来”—月面生存,“走四方”—巡视探测,嫦娥三号挑战人类月球科学探测历史上的几项“第一次”同样引起国人关注。
首次实现“软着陆”
嫦娥三号探测器如今已在西昌卫星发射中心等待远航。如果发射、飞行顺利,嫦娥三号预计在12月中旬着陆月球。这将是我国航天器首次地外天体软着陆。
浙江籍航天专家、《国际太空》杂志执行主编庞之浩研究员对记者说,人类的探月历史,主要分探月、登月和驻月三大步。美国人已经完成了前两步,只差驻月;苏联人完成了第一步,今后将完成第二步;中国则和欧洲航天局、日本、印度一起,同属第二集团,正在完成第一步—探月,而这一步又分“绕”、“落”、“回”三小步,探月的第二集团现都完成了第一小步—绕月,并均准备实现第二小步。
从2007年10月发射成功到2009年3月受控撞月,嫦娥一号圆满完成了中国探月工程的绕月任务。
“落月”任务主要由嫦娥三号承担。嫦娥二号由嫦娥一号“备份星”转为嫦娥三号“先导星”,不仅获得了7米分辨率月球三维影像,制作完成了优于1.5米分辨率的虹湾区域影像图,在澄海对峙区发现了月表剩磁所引起的微磁层的存在,进一步测量了月表面化学元素等,还为嫦娥三号验证了部分关键技术。
目前,嫦娥二号飞离地球的距离已突破6000万公里。预计最远将飞行到距地球约3亿公里处。“如果那时候我们还能对它进行测控,就为我们未来的火星探测奠定了基础。”庞之浩说。
嫦娥三号肩负我国首次软着陆月球和月面巡视勘察的重担。目前,全球仅有美国、苏联成功实施了13次无人月球表面软着陆;只有美国实现了载人登月,苏联开展了2次月面无人巡视探测任务。
李本正介绍,落月探测需要精确的测控、准确的控制和有可靠的执行。着陆器和月球车落到月球上后,月球车如何从着陆器上走下来,也是一个难点。这两个难点也是这次嫦娥三号落月探测的重要亮点。
庞之浩研究员说,如果顺利实现落月探测,就意味着我国在世界探月的第二集团中领先了一步。
按计划,嫦娥三号将在虹湾着陆。嫦娥二号传回的虹湾影像图显示,与月表其他地方相比,虹湾地区相对平坦。庞之浩介绍,着陆点的选择还综合了以下几个方面的因素:虹湾还没有被探测过,具有科学价值;虹湾在月球的正面,适合通信;有充足的太阳能,能保证探测过程中太阳能板的工作。
在早期,美苏曾采用掠过式和硬着陆的方式对月球进行探测,但这两种方式已经被淘汰。掠过式适用于探测器还无法进入月球轨道的时代。硬着陆主要靠探测器在着陆之前拍摄大量照片传回分析,庞之浩将这种方式比喻为直升机降落。“月尘太大了,都吹起来,会污染整个探测器,甚至把太阳电池板盖了,把相机给污染了。”
嫦娥三号在软着陆技术上取得了重大突破。对此,庞之浩解释说:“着陆器在距离月面100米时会像直升机一样悬停,观测当时的地点是否平坦,有没有大块的石头,如果不符合着陆条件,可以继续移动,重新选择安全的地点。”
由于月球没有大气层,不能使用降落伞,所以着陆时完全靠缓冲发动机来减速。据了解,嫦娥三号用了新研制的目前国内航天器上最大的发动机,推力达1500到7000多牛,它可以根据月球不同高度引力大小而变推力,以保证缓慢地下降。但着陆器在距离月面4米时将关闭缓冲发动机,否则发动机会吹起很大的月尘,从而污染整个探测器或相机,甚至把太阳电池板盖了。
中国第一次
在月球留下“足迹”
要实现“玉兔”“奔月”,有几大绕不过的难关需要克服。
庞之浩说,嫦娥三号着陆以后,月球车将顺着着陆器顶部的滑轨滑到月面。月球车上的全景相机,对四周月面进行观察后,会将相关数据传回地面,以便为月球车规划探测路径,最后结合遥控和自控等方式进行巡视探测。
月球车小而精,重量为140公斤,它通过轮子“行走”,6个轮子都有转向能力,能灵活转动,有爬坡和越障功能,还能自我保持平衡。
轮子上面的“箱子”为发动机,为其提供动力,两侧分别有两扇能活动的太阳能板。月球昼夜间隔大约相当于地球上的14天,白天温度高达130150摄氏度,夜间可下降到零下160零下180摄氏度,而且白天能发电的太阳能板将无法供电。
为免月球车在漫漫长夜里“忍饥受冻”,技术人员将月球车太阳能板设计成了可以伸缩的模式,白天发电时展开,夜晚则收起来。庞之浩说,这相当于给仪器们盖上了一层“被子”,有助于保障各种仪器不被冻坏,并且有剩余电力在月球上的第二天早晨“自主醒来”,开始新一天的工作。此外,白天时,帆板还可以调整角度,避免被阳光照射得太热。
月球车轮子中间有一个“桅杆”,上面安装了月球车的“眼睛”—全景相机。此外,还有一个机械臂,能在月壤、月岩中勘探取样,供现场检测。据了解,月球车能在月面方圆3公里的范围内行走10公里,这被看做是中国第一次在月球留下“足迹”。
“测月”、“巡天”、“观地”
吴志坚介绍,嫦娥三号肩负了三大探测任务,主要包括月表形貌与地质构造调查、月表物质成分和可利用资源调查以及地球等离子体层探测和月基光学天文观测。有人形象地将这三大任务概括为“测月”、“巡天”、“观地”。
测月的任务主要由测月雷达完成,它被安装在月球车的“腹部”,可以测月球地底下30米深土壤层的结构和100米深的次表层结构。这在国际上是第一次。庞之浩介绍,对月壤的了解,最重要的用途之一就是可以估计月球上氦3的储量和分布。氦3是一种理想的清洁能源,可以用于核聚变发电,一百吨氦3就足够地球全球用一年。据保守估计,月球上现有氦3一百万吨,月球也因此被认为是人类理想的能源基地,被喻为“21世纪的波斯湾”。
月球车巡视时,原地守候的着陆器还肩负着“巡天”和“观地”两大重任。着陆器上安装的天文月基光学望远镜,由望远镜主体、反射镜转台组成,能在月球对各种天文变源的亮度变化行为进行长时间连续监测并拍照,把数据传回地球。这相当于人类第一次把“天文台”架到了月球上。
着陆器上的极紫外相机则主要对地球赤道附近等离子体层进行极紫外成像探测。嫦娥三号月面软着陆后,离地球38万公里,能够看到地球等离子层的全貌。通过对地球周围的等离子体层产生的辐射进行全方位、长期的观测研究,获取地球等离子体层三维图像,有助于了解太阳和地球的相互关系。“观测拿到的第一手的数据,对地球整个的环境变化尤其是空间环境,可以有一个深入的了解。”庞之浩说。也有观点认为,地球上一些自然灾害与地球等离子体层有关,所以相关研究具有科学意义。
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