發(fā)射看點(diǎn)：多窗口、窄寬度、多軌道
發(fā)射窗口是指適合航天器發(fā)射的時(shí)間范圍，此范圍的大小亦稱發(fā)射窗口的寬度。據(jù)運(yùn)載火箭系統(tǒng)總指揮岑拯介紹，本次任務(wù)的窗口期為三天，共設(shè)計(jì)了6個(gè)發(fā)射窗口。
岑拯說(shuō)，發(fā)射窗口的選擇需符合多項(xiàng)條件，首先是我國(guó)測(cè)控地理位置，以及航天器入軌之后和太陽(yáng)、地球的相互關(guān)系。探測(cè)器與火箭分離后，要能接收測(cè)控通訊信號(hào)，又要照到陽(yáng)光，能吸收太陽(yáng)能;同時(shí)本次任務(wù)是要奔赴月球，因此要兼顧月球運(yùn)動(dòng)規(guī)律;此外為了預(yù)防受到惡劣天氣條件的影響，需要選擇連續(xù)三天以上的窗口期。12月的這個(gè)窗口期，正是在多種條件下篩選而出的。
在三天的窗口期中，每天有2個(gè)發(fā)射窗口，共計(jì)6個(gè)。與普通航天器相比，嫦娥三號(hào)的發(fā)射窗口要求更為苛刻。運(yùn)載火箭系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師姜杰說(shuō)，普通衛(wèi)星只需發(fā)射到軌道面上即可，窗口較寬，有時(shí)可達(dá)一小時(shí)以上;但嫦娥三號(hào)要進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道，入軌精度高出數(shù)倍，窗口很窄。據(jù)了解，本次任務(wù)首個(gè)窗口只有4分鐘，如果錯(cuò)過(guò)，只能等到第二個(gè)窗口，而這次僅有1分鐘時(shí)間。
普通航天器發(fā)射時(shí)，如果錯(cuò)過(guò)一個(gè)窗口，只需等到下個(gè)窗口按原軌道發(fā)射即可。但嫦娥三號(hào)任務(wù)涉及地、月、探測(cè)器三體運(yùn)動(dòng)，因此6個(gè)窗口的軌道各不相同，為此科技人員付出了大量勞動(dòng)。姜杰說(shuō)，本次任務(wù)共完成了6條軌道的設(shè)計(jì)，6套制導(dǎo)、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以及6個(gè)狀態(tài)的硬件、軟件。這些工作都進(jìn)行了充分的驗(yàn)證。
岑拯表示，按照工程設(shè)計(jì)，嫦娥三號(hào)無(wú)論在這三天中哪一個(gè)窗口發(fā)射，都不會(huì)對(duì)后續(xù)任務(wù)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生影響。但記者了解到，航天工程具有高風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)，存在諸多不確定因素。前期工作只能盡可能降低風(fēng)險(xiǎn)，卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)百分百保障。萬(wàn)一在本次窗口期內(nèi)不能實(shí)施發(fā)射，只能到明年再尋找機(jī)會(huì)。
測(cè)控看點(diǎn)：四大“不可逆”環(huán)節(jié)必須一次完成
發(fā)射升空后，嫦娥三號(hào)將遠(yuǎn)赴38萬(wàn)公里外的月球。然而它不是“一個(gè)人”在旅行，從奔月、降落到開(kāi)展月面科考工作，地面測(cè)控系統(tǒng)都將時(shí)刻關(guān)注，并隨時(shí)發(fā)出指令。
嫦娥三號(hào)任務(wù)測(cè)控通信指揮部指揮長(zhǎng)陳宏敏表示，本次任務(wù)包括月球軟著陸、兩器協(xié)同控制、巡視器遙操作等新環(huán)節(jié)，前所未有。還具備四個(gè)“不可逆”環(huán)節(jié)，包括近月制動(dòng)控制、15公里降軌控制、動(dòng)力下降控制和兩器分離遙操作控制，其過(guò)程復(fù)雜、控制約束條件多，但必須一次完成，一旦失誤，難以挽回。這都為測(cè)控系統(tǒng)帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
據(jù)了解，本次任務(wù)中啟用了由直徑達(dá)66米的我國(guó)首個(gè)深空測(cè)控天線，以及喀什35米測(cè)控站、上海65米射電天文望遠(yuǎn)鏡組成的深空測(cè)控網(wǎng)，北京航天飛行控制中心也新建了深空干涉測(cè)量信號(hào)信息處理中心，將為任務(wù)提供高精度測(cè)軌控制。
為滿足地月間的測(cè)控距離，我國(guó)探月工程均采用了VLBI(甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量)系統(tǒng)，但傳統(tǒng)的VLBI測(cè)量方法和數(shù)據(jù)處理十分復(fù)雜。嫦娥一號(hào)、二號(hào)任務(wù)期間，各臺(tái)站的數(shù)據(jù)是先通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳到上海天文臺(tái)處理，再傳到北京飛控中心，大約需要10分鐘左右。本次任務(wù)中的數(shù)據(jù)處理方法得到了很大改進(jìn)，處理、傳輸過(guò)程僅需1分鐘。同時(shí)在測(cè)量方法上加入了多項(xiàng)新技術(shù)，可使測(cè)量精度大幅提高。
落月看點(diǎn)：探測(cè)器自主完成軟著陸
月球軟著陸無(wú)疑是本次任務(wù)中最大看點(diǎn)之一。探測(cè)器系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師孫澤洲介紹說(shuō)，探測(cè)器進(jìn)入環(huán)月軌道繞飛數(shù)天后，會(huì)實(shí)施數(shù)次變軌，最后在近月點(diǎn)15公里處開(kāi)始動(dòng)力下降，經(jīng)過(guò)十幾分鐘后再月面著陸。與嫦娥一號(hào)、二號(hào)相比，從下降到著陸過(guò)程是嫦娥三號(hào)面臨的全新任務(wù)，完全靠探測(cè)器自主完成。其中包含了大量自主創(chuàng)新的新技術(shù)。
要在沒(méi)有大氣的月面實(shí)現(xiàn)短時(shí)間降落著陸，傳統(tǒng)的降落傘全無(wú)用武之地，只能靠發(fā)動(dòng)機(jī)反推并調(diào)節(jié)推力來(lái)實(shí)現(xiàn)。孫澤洲介紹，嫦娥三號(hào)主發(fā)動(dòng)機(jī)是我國(guó)航天器所用推力最大的發(fā)動(dòng)機(jī)。
在降落過(guò)程中，高度控制尤為關(guān)鍵，這需要我國(guó)自主研制的敏感器發(fā)揮作用。隨著落月過(guò)程的開(kāi)始，敏感器就會(huì)精確測(cè)量嫦娥三號(hào)與月面的距離。當(dāng)距月面數(shù)米高度時(shí)，它將發(fā)出關(guān)機(jī)指令關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)。這個(gè)關(guān)機(jī)指令的發(fā)出，是實(shí)現(xiàn)落月的關(guān)鍵動(dòng)作。
隨著發(fā)動(dòng)機(jī)反推力的撤離，著陸器將在月球引力作用下以自由落體的方式著陸。盡管月球引力僅為地球的六分之一，但為了盡可能保護(hù)設(shè)備，科技人員對(duì)著陸緩沖機(jī)構(gòu)進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)。探測(cè)器系統(tǒng)著陸器著陸緩沖分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師楊建中說(shuō)，嫦娥三號(hào)的緩沖機(jī)構(gòu)跟阿波羅號(hào)有些相似，通常被稱為“著陸腿”。
要承受著陸器落月的沖擊，足夠的強(qiáng)度是著陸腿需具備的首要條件。楊建中說(shuō)，要滿足強(qiáng)度要求很簡(jiǎn)單，但嫦娥三號(hào)要飛到月球，對(duì)重量控制非常嚴(yán)格，所有部件都要盡可能的輕。既輕且強(qiáng)，這就難了。為此，科技人員對(duì)著陸腿進(jìn)行了精雕細(xì)琢，去除了任何多余的成分，讓它充滿“肌肉”，沒(méi)有一絲多余“脂肪”。
同時(shí)著陸腿還要滿足多項(xiàng)條件，如著陸時(shí)舒適、柔和，四條腿協(xié)調(diào)、穩(wěn)定，并具備收攏、展開(kāi)、支撐等功能。此外，在著陸腿的“腳底”還設(shè)置了傳感器，觸月時(shí)將發(fā)出信號(hào)，表示穩(wěn)定落月。
科考看點(diǎn)：換個(gè)角度看太空
嫦娥三號(hào)由著陸器和巡視器組成，在月球著陸后，它們會(huì)分開(kāi)，互拍照片留念，然后就各自開(kāi)展科學(xué)考察工作了。
其中，著陸器上搭載了天文月基望遠(yuǎn)鏡，科學(xué)家希望它能發(fā)揮“月球天文臺(tái)”的作用。探月工程二期副總設(shè)計(jì)師孫輝先說(shuō)，在月球上觀天文，是全世界很多天文學(xué)家最想做的事情之一。在地球觀測(cè)需透過(guò)大氣，但大氣會(huì)造成光的散射，對(duì)觀測(cè)帶來(lái)很多影響。月球上沒(méi)有大氣，則能避免這一點(diǎn)。據(jù)介紹，月基望遠(yuǎn)鏡由望遠(yuǎn)鏡主體、反射鏡轉(zhuǎn)臺(tái)組成，可對(duì)各種天文變?cè)吹牧炼茸兓袨檫M(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)監(jiān)測(cè)，然后拍照把數(shù)據(jù)傳回地球。
同時(shí)，著陸器還搭載了極紫外相機(jī)，將對(duì)地球周圍等粒子體群的結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量。據(jù)了解，太陽(yáng)風(fēng)暴會(huì)將許多粒子以每秒一千多公里的速度吹到地球，這些粒子被地球磁場(chǎng)捕獲以后，便在地球周圍形成了等離子體層。太陽(yáng)風(fēng)暴對(duì)人類產(chǎn)生了很多負(fù)面影響，同時(shí)其蘊(yùn)含了巨大電力，甚至超過(guò)全球發(fā)電量，但人類目前還無(wú)法使用。為此，科學(xué)家一直試圖對(duì)其進(jìn)行研究探索。孫輝先說(shuō)，過(guò)去人類很難對(duì)地球等離子體層進(jìn)行觀測(cè)，只緣“身在此山中”。美國(guó)曾經(jīng)利用衛(wèi)星在地球軌道上觀測(cè)，也只能看到局部。而嫦娥三號(hào)在距離地球38萬(wàn)公里的月面，能夠看到地球等離子層的全貌，并有望通過(guò)對(duì)其全方位、長(zhǎng)期的觀測(cè)研究，獲取地球等離子體層三維圖像。如果實(shí)現(xiàn)，將有助于了解太陽(yáng)和地球的相互關(guān)系。
除著陸器外，巡視器也肩負(fù)著科學(xué)使命。嫦娥三號(hào)巡視器的“腹部”裝有一臺(tái)測(cè)月雷達(dá)，在月面行走的同時(shí)，可以測(cè)月球地下30米深土壤層的結(jié)構(gòu)和100米深的次表層結(jié)構(gòu)。孫輝先說(shuō)，測(cè)月雷達(dá)以前在地球上經(jīng)常使用，希望在月球上能發(fā)揮更好的效果。
月球生活看點(diǎn)：嫦娥三號(hào)如何應(yīng)對(duì)月夜考驗(yàn)?
嫦娥三號(hào)將在月球上“生活”很長(zhǎng)時(shí)間，如何“過(guò)夜”一直是令科學(xué)家擔(dān)憂的問(wèn)題。據(jù)了解，月球上“一天”大約相當(dāng)于地球上的28天，晝、夜各占一半。“白天”在太陽(yáng)照射下，溫度可超過(guò)150攝氏度;而“夜間”則能達(dá)到零下150攝氏度以下。如果不采取措施，所有的儀器都會(huì)凍壞。此前，俄羅斯月球探測(cè)器經(jīng)歷過(guò)多個(gè)月夜，美國(guó)只過(guò)了一個(gè)晝夜，嫦娥三號(hào)如何應(yīng)對(duì)月夜考驗(yàn)?
要滿足嫦娥三號(hào)在月夜中“取暖”的需求，采用放射性同位素?zé)嵩?RHU)是最佳途徑。為此科技人員對(duì)相關(guān)的空間用核能源的輻射防護(hù)技術(shù)、地面試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)、核源換裝技術(shù)等技術(shù)瓶頸進(jìn)行了攻關(guān)。本次任務(wù)將是我國(guó)航天工程中首次應(yīng)用核能，如果成功，將為后續(xù)月球探測(cè)、深空探測(cè)等航天工程中利用核能奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
除解決熱源問(wèn)題，科技人員對(duì)嫦娥三號(hào)熱控系統(tǒng)進(jìn)行了嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，采用了大量創(chuàng)新技術(shù)和產(chǎn)品。
探測(cè)器系統(tǒng)著陸器熱控分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師劉自軍介紹，嫦娥三號(hào)外表采用了一種多層隔熱阻件材料，可實(shí)現(xiàn)雙向隔熱。溫度高時(shí)熱量無(wú)法從外面?zhèn)魅胩綔y(cè)器內(nèi)部，月夜時(shí)探測(cè)器內(nèi)部的熱量也不會(huì)流失。
此外，該熱控系統(tǒng)中的兩向回路產(chǎn)品、可辨熱導(dǎo)熱管等均為國(guó)際首次使用。
{{item.content}}