嫦娥三号登月过程示意图。
能否准确着陆是最大的考验。整个登月过程大约需要12分钟
正文/记者肖欢欢、李华、胡亚萍
经过13天的长途跋涉,嫦娥三号将于今晚9点左右在月球表面软着陆。嫦娥三号将在月球点附近15公里处抛物线下降,相对速度将从每秒1.7公里逐渐下降到零。整个过程大约需要12~13分钟。15日,嫦娥三号将发布中国月球车玉兔。这将是中国航天器首次软着陆和巡逻探测地外物体,也是1976年后人类探测器首次探月。探月工程首席科学家欧阳自远院士表示,嫦娥三号能否在月球软着陆是此次任务成败的标志。软着陆失败,任务也就失败了。
嫦娥三号最近几个月已经进入轨道
11日,国防科技局在其官网上公布了嫦娥三号登月前的两次飞行控制。在登月之前,嫦娥三号经历了两个重要环节,即最近几个月的刹车和变轨。
12月6日17时53分,在北京航天控制中心的精确控制下,嫦娥三号探测器近几个月成功刹车,成功进入绕月轨道。最近几个月的刹车是嫦娥三号飞行中的一个关键轨道控制。探测器飞近月球时,其相对速度高于月球的逃逸速度。如果不能有效减速刹车,探测器就会飞离月球;如果减速过大,探测器会撞上月球。
与最近几个月嫦娥一号和嫦娥二号任务的分步制动不同,这种制动采用新研制的机载发动机,采用一次制动到达目标航迹的控制策略,对探测器的控制能力和测控系统的测量精度提出了更高的要求。
另一个环节是绕月球运行。12月10日21时20分,嫦娥三号在绕月轨道上成功进行变轨控制,成功进入预定的登月准备轨道。这个轨道机动是在月球背面进行的。18时,北京航天控制中心向嫦娥三号注入姿态调整和变轨参数。20: 37,嫦娥三号进入月球背面。21时20分,嫦娥三号发动机点火成功,启动变轨控制。21时24分,嫦娥三号返回月球正面。根据地面监测站监测数据的分析判断,嫦娥三号已成功进入离月15公里左右、离月100公里左右的椭圆轨道。这次变轨是嫦娥登月前的最后一次变轨。
落地前体验
“黑色750秒”
探测器系统专家马进安表示,在最关键的动力下降阶段,嫦娥三号不得不完全依靠自主导航控制来完成降低高度、确定着陆点、实施软着陆等一系列关键动作。地面测控和人为干预基本无能为力,一切都要靠嫦娥三号的“随机响应”。
探测器系统副指挥官谭梅称这十分钟为“黑色750秒”。她说因为时间太短,没有时间在地面上测量和控制嫦娥三号登月的地面环境和时机,然后发出指令让其执行,这些都需要提前设定。据她介绍,嫦娥三号使用的是可变推力发动机,可以提供1500N到7500N的可调推力..随着推进剂的消耗,嫦娥三号的总重量相应减小,因此采用变推力发动机可以精确控制飞行姿态。
“嫦娥三号软着陆的成功是检验任务成功的关键。软着陆不成功,可以说任务失败了。虽然在地面上进行了很多模拟实验,但不可能和真实的月球环境100%相同,所以风险还是很大的。"
——中国探月工程首席科学家、中国科学院院士欧阳自远
嫦娥奔月的过程
12月6日17: 53,
最近几个月刹车后,成功进入绕月轨道。
12月10日21: 20,
绕月运行,进入登月准备轨道。
12月14日9点左右,
“登月750秒”后着陆。
落月四大考验
一个
能准确的落入洪湾区吗
著名航天专家、北京大学地球与空科学学院教授焦伟新表示,虽然昨天选择的着陆点洪湾区地形相对平坦,但仍难以确定着陆点是否有陨石坑。中国人还没去过月球,洪湾区也是人类第一个探索的区域,所以没人知道上面的地貌是什么样的。探测器系统总指挥孙泽洲也说过,如果掉在一个小坑里,很容易说掉在一个大坑里,连地面监控都做不到,只能自己爬出坑外。月亮何时何地落下,取决于嫦娥三号携带的测距、测速仪、激光成像传感器等“眼睛”。
2
落地后能“站稳”吗
孙泽洲说,由于月球上没有大气层,嫦娥三号登月不能靠降落伞减速,只能靠推回火箭来实现。焦伟新还表示,在距离月球表面只有4米的时候,要关掉发动机,让着陆速度几乎为零,月球才会轻轻落下,否则嫦娥三号可能会“站立不稳”。
孙泽洲说:“月壤不能太硬,也不能太软。我们在地面上配的月壤太硬了。当我们到达月球时,柔软的月球土壤更加害怕。当然不能太软。如果太软,月球车会卡在里面出不来。”
三
着陆后,姿态不超过15度
孙泽洲表示,相比返回式卫星和航天器,月球车对着陆姿态的约束要比返回式卫星和航天器严格得多。月亮落下后,倾角不要超过15度,对位置的要求不要超过15度。首先你要立场坚定。如果翻车,会对设备造成很大损坏,不能工作;其次,如果降落时方位不正确,会影响获取太阳能的能力,工作无法正常进行。重量超过3吨的嫦娥三号在撞击月球表面并产生巨大动量时保持正确的姿态是非常重要的。
四
在巨大的冲击力和极端的温度下会失效吗
此外,当着陆器落在月球上时,月球尘埃仍然会上升,就像地面上的尘埃一样。如果月球尘埃附着在探测器表面或渗入探测器,会导致光学系统灵敏度降低或造成机械故障。孙泽洲表示,这给嫦娥三号的密封性提出了很高的要求。同时月亮每半个月交替一次,白天温度130~150℃,晚上零下160~ 180℃,昼夜温差高达300℃。探测器能否在如此极端的天气条件下正常工作还有待测试。
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