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嫦娥三号成功升空 全程直击

 

嫦娥三号成功升空  全程直击

    简介:12月2日01时30分,搭载着我国嫦娥三号探测器的长征三号乙改进型运载火箭按照预定程序在西昌卫星发射中心二号塔架点火起飞,顺利发射成功。

 

发射

    相比嫦娥一号、二号火箭推力要求更大

    对于火箭发射环节探月工程高级顾问栾恩杰对新浪网表示,“国家如果下决心要推动探月发展,首要条件是一定要把运载搞上去,一定要把可载人的运载搞上去,这是基础条件”。

    据知,由于嫦娥三号探测器将直接被发送至近地点约200公里,远地点约38万公里的地月转移轨道,和嫦娥一号、二号卫星发射相比,对火箭的推力要求更大。因此,此次发射采用捆绑有四个助推器的长征三号乙运载火箭实施发射。

    西昌卫星发射中心在成功发射嫦娥一号、二号卫星后,针对嫦娥三号任务特点,从提高参试设备安全性、可靠性入手,有针对性地开展了各项技术准备和岗位训练,测发、测控、通信、气象、勤务保障等系统对相关设备设施进行了大规模升级改造,包括更新测量设备、更新遥测系统、改造光学仪器、建设地面气象自动观测系统等,进一步提高了发射场的可靠性和整体发射能力。

 

轨道的选择

    中国空间技术研究院:地月转移轨道选择落点精度高但飞行时间长

    首先是地球至月球转移轨道选择。

    探测器在月球软着陆的飞行方式基本上可以分为两类:第一、从地球直接进入近月点和月球相交的地-月转移轨道,探测器在接近月球时制动,最后实现在月表软着陆。这种方式轨道较简单,飞行时间短,但是对轨道的测控精度要求较高,减速过载较大,对发射窗口要求极其严格,落点精度不高。第二、从地球进入近月点和月球不相交的地-月转移轨道,在月球附近制动进入环月轨道,再从环月轨道进行降轨着陆。这种方式可有比较充分的环月运行时间,用于选择、控制着陆时机和对设备进行测试,落点精度高。但是飞行时间比较长。

    我国专家在比较两种方法的优点和缺点,建议选定第二种着陆方法。这样既可以继承“嫦娥一号”、二号探月过程中的轨道设计与控制技术,又可以为未来月球探测任务打下良好的基础。

    其次是环月轨道的选择。

    探测器在月球上软着陆前,要经过围绕月球做环形飞行阶段,这就牵扯到环月轨道的选择问题。环月轨道的选择主要是要考虑对发射轨道和着陆阶段的影响。环月轨道高度越低,整个飞行过程最终所需要的速度增量越小,考虑到与“嫦娥一号”、二号探月技术的继承性,携带着陆器的“嫦娥三号”在到达近月点后,将首先通过近月制动,使探测器进入环月运行轨道,即200km高度的圆轨道,然后进行变轨,使之进入15kmX200km的极月轨道,再开始实施下一步的着陆下降过程。

 

在哪里着陆?

    嫦娥三号探测器系统首席科学家叶培建:着陆点选择没有其他国家探测过的地方

    作为此次嫦娥三号的首选着陆区,虹湾地区在五个预选着陆区中——虹湾、酒海、湿海、开普勒和阿里斯基撞击坑——综合条件是最好的。

    嫦娥三号探测器系统首席科学家叶培建表示,我国科学家在选择登月的着陆区时,主要考虑的是以下4个方面的条件:

    第一是安全性。着陆点要相对开阔平坦,便于“嫦娥”躲开月岩或月坑;第二是科学性。着陆点的地质构造以及月岩、月壤的物质元素要丰富,具有科学探测价值;第三是可测控。选择落在月球的对地面,并且光照比较充足的区域,便于通讯和测控的连续性;最后是创新性。我们要选择一个其他国家没有探测过的地方。

    虹湾位于月球北纬43度、西经31度左右,南北长约100公里、东西长约300公里。转动月球仪,我们眼前的虹湾被一个巨大而侧倾的字母“C”包围着,轮廓形似一道弯弯的彩虹。其得名来自于拉丁文“Sinus Iridum”,意即“彩虹之湾”。虹湾西部和北部背倚的月陆区域是巍然耸立的侏罗山脉,而其缺口朝向的是月球第二大“海”——雨海。

    通过对嫦娥一号、嫦娥二号传回的数据和图片,中国的科学家描绘出一幅虹湾地区的“写真图”——虹湾内的地形从东南向西北倾斜,最低点在西北部侏罗山内侧,深度超过3000米。虹湾内部总体地形坡度小于两度,相对比较平坦,上面不规则分布着一些深浅不一的陨石坑。

 

软着陆的风险

    “嫦娥之父”欧阳自远独家解读:小岩石也会造成严重影响

    嫦娥三号最大的风险应该是软着陆这个环节。软着陆是指航天器利用一定的装置,改变运行轨道,逐渐减低降落速度,最后不受损坏地降落到地面或其他星体表面上。

    欧阳自远在接受新浪网专访时表示,嫦娥三号将要软着陆月球,软着陆月球很难,主要问题是:第一,月球是真空,不能用降落伞,不能够慢悠悠地落下去,要是掉下去,肯定砸碎了。第二,尽管嫦娥二号为了准备嫦娥三号着陆精细地探测了降落区,做了一米分辨率的图,但一些小型的岩石也会造成严重影响。

    针对如何实现软着陆,嫦娥一号和嫦娥二号地面应用系统副总指挥刘建忠给出了“秘诀”——利用反推火箭,通过反推火箭向下喷气实现减速,最终实现软着陆。

    除了减速难题以外,着陆区环境,特别是着陆区的地形和地貌的特点也将直接影响软着陆的成败。月球表面存在大大小小的撞击坑和石块,大的撞击坑和石块着陆器通过自主识别可以避开,而一些较小的坑或者石块就很难规避,如果着陆器上的支撑腿碰石块或者单个支撑腿伸进了小的坑洞,着陆器就很容易侧翻。探月工程高级顾问孙家栋表示,在降落的过程中,探测器会在一定的角度上稳定停一会儿,观察要落的地方的地表情况。如果地表情况不好的话,可以再修正,找个平整的地。这就是悬停避障。在悬停的过程中需要探测器看得清楚,判断得非常快。选择好地点后,再落下去。

 

 

携带探测器

    欧阳自远独家解读:携带着陆器和月球车两个探测器嫦娥三号是落月探测的任务,嫦娥三号包括两个探测器:一个着陆器加上一个月球车。月球车是装在着陆器里被锁上,然后由着陆器着陆。

    到了月球后,着陆器要施展开,得到电源,调试所有仪器。调试好,给月球车供电,让月球车有了活力。然后着陆器打开一个梯子,让月球车走下来,这样就跟着陆器分开了。着陆器不能动,就待在月球上。月球车能够走动,能够自己导航,自己选择路线,自己爬坡,自己避开障碍,它的所有信号自己传回地球。着陆器也是自己调整仪器,自己探测,把得到的数据自己发回地球。着陆器是不动的,我们叫做“就位探测”;月球车是移动的,我们叫“巡视探测”,这两个相互配合,联合工作。

    目前嫦娥一号探月卫星初步形状已定,研制进展顺利,关键技术取得重大突破,路线图已确定。

据中国空间技术研究院月球探测卫星总指挥兼总设计师叶培建介绍,卫星在和运载火箭分离后,将先在围绕地球的轨道上运行3~4圈,逐步加速,最后到达地-月转移轨道的入口速度,卫星沿大椭圆轨道飞向月球。

    在地—月转移轨道,为保证卫星正确进入月球附近预定的位置,需进行2~3次轨道中途修正。在月球附近,为实现卫星环绕月球运动,需对卫星进行减速。通过3次近月点制动,逐步降低轨道的近月点,最终进入距月面200公里的工作轨道。整个“奔月”大概需要8~9天。

 

月球车的秘密

    独家专访嫦娥一号、二号地面应用系统副总指挥刘建忠:靠核燃料电池完成月夜生成

    月球车长1.5米,宽1米,高1.1米,有两片可以打开的太阳能电池帆板,六个轮状作为移动装置,同时还带有地月对话通讯天线,头顶的导航相机与前后方的避障相机,和负责钻孔、研磨和采样的机械臂。

    “玉兔号”通过相机“观察”周围环境,对月面障碍进行感知和识别,然后对巡视的路径进行规划。遇到超过20度的斜坡、高于20厘米的石块或直径大于2米的撞击坑,能够自主判断安全避让。

    虽然月球车神通广大,但它也面临一个大问题,那就是如何在月夜生存

    刘建忠说,月球自转和公转都是28天,所以“月球夜”会长达14天(月球日即白昼也有14天)。而由于月球没有大气层的保温和传热,月表昼夜的温差特别大,白天受到阳光照射的地方温度高达130-150摄氏度,月夜和阳光照不到的阴暗处温度会下降到负的160-180摄氏度。这种条件着陆器和月球车上的所有的仪器全部要冻坏,而普通电池也无法应对。所以要实现月夜生存需要有更为先进的能源供给设备,这次用的就是核燃料电池,来保证探测器能够安全渡过漫长寒冷的月夜。

    欧阳自远表示,嫦娥三号巡视器——也就是百姓俗称的月球车——如果“落月”成功,并成功驶离着陆器后,将在月面工作3个月。

  

    据探测器系统专家介绍,“玉兔”月球车号会慢慢移动,比人们想象的走得慢,时速约200米。它的高性能体现在越障能力和通过性,而不是追求高速度。

 

科学任务

    探月工程高级顾问孙家栋:月球车担负“看天、探地”等任务

    孙家栋对新浪网表示,嫦娥三号成够与否,第二条件就是月球车自己走出去以后进行巡视勘察。月球车是很复杂的一套东西,它肩负着三项任务:一看天。就是在月球上看天体。在月球上看天体有什么好处?没有空气遮挡,没有污染,看得非常清楚。二是探地,不是探地球的地而是探月球的地,探测月球土壤的情况。这些数据要通过月球车传回来。

    除此之外,月球车还肩负着“侧月”的任务,欧阳自远表示,我们在月球车上也放了很多仪器,有一样东西前人也没有做过:在月球车底下放了一台雷达,发射雷达波到月亮的地底下。它有波段:一个是测20米深那一段的土壤层结构是否分好几层,怎么分,有没有大石头;另一个波段是做100米深月球上部的结构。而且月球车有一个好处,可以一边走一边测,也就是“测月”。

    嫦娥三号是着陆器与月球车联合探测,观天、看地、测月这都是别人没干过的,这是嫦娥三号最重要的科学任务。

    在巡视的3个月中,月球车将依靠各种先进设备对月表进行三维光学成像、红外光谱分析,开展月壤厚度和结构的科学探测,现场分析月表物质的主要元素。月球车下装了一台雷达,可主动发射雷达波来探测二三十米厚的土壤、结构变化,同时还可测地下100米深次表层的结构,这是世界上其他国家目前没有做过的。

 

探月意义

    探月工程高级顾问栾恩杰:“嫦娥三号”带动技术进步

    “嫦娥奔月”对于航天人来说是梦想,但是对于普通人来说似乎有遥不可及之感,甚至有人说与其花那么多钱搞这些,不如将钱用在改善老百姓生活上。

    对此,栾恩杰对新浪网表示,“嫦娥三号“任务带动了科学技术的进步,最终受益的终是老百姓。

    比如,对月亮的研究探测结果就是白天和黑天的温差大致300度左右,假设是零上130到零下170,300度温差,那你这个材料就要好呀,如果嫦娥三号所用的材料经不住这个温差冷缩热胀,那“嫦娥”就散架了。所以带动了嫦娥三号材料的研究。

    再比如探测是无人的,而无人的过程要完成,需要比有人还精确的一个控制过程,这就需要非常好的器件,探测器件、敏感器件、控制器件等。它对电子器件的促进作用也是非常大的。