嫦娥三号月球车 嫦娥三号:世界上在月表工作时间最长的人造航天器

嫦娥三号任务是我国探月二期工程的主任务。2013年12月2日，我国用长征三号乙改进型火箭把由着陆器与玉兔号月球车组成的嫦娥三号落月探测器直接送入地月转移轨道。12月14日，嫦娥三号在月面软着陆，首次实现了我国对地球以外天体的软着陆。12月15日，玉兔号月球车与嫦娥三号着陆器分离，踏上月面。12月15日，着陆器与月球车互相拍照，它标着着嫦娥三号任务取得了圆满成功，使我国成为世界第三个掌握落月探测技术的国家。

该任务有三大工程目标：一是突破月面软着陆、月面巡视勘察等关键技术；二是研制月面软着陆探测器和巡视探测器等，具备月面软着陆探测的基本能力；三是建立月球探测航天工程基本体系。其科学目标也有三个：一是调查着陆区与巡视区月表地形地貌与地质构造；二是调查着陆区与巡视区月表物质成分、月球内部结构以及可利用资源；三是探测地球等离子体层以及开展月基光学天文观测。

嫦娥三号发射质量3780千克，干重为1220千克，其余为燃料。它由着陆器和巡视器组成，所以发射嫦娥三号实际上是发射了两个月球探测器。它们分别开展就位探测和巡视探测，这在国际上也是首次。

嫦娥三号准备进行热真空试验

其着陆器是我国成功开发的新型航天器平台，质量为1080千克，寿命12个月，由11个分系统组成。它携带了地形地貌相机、降落相机、极紫外相机、月基光学望远镜4种科学探测仪器进行就位探测。

地形地貌相机是嫦娥三号着陆器的“眼睛”，也是我国首台在月球上拍摄彩色图像的“彩色相机”。?它的拍摄距离为5米到无穷远，还可以摄像。其主要用于获取着陆区的光学成像，绘制着陆区地形、地貌图，研究月表地形地貌，并时刻关注着月球车的运行状况，包括拍摄玉兔号上的国旗。但该相机只在第1个月昼工作，这是因为它不能动，如果第2个月昼再拍摄也是完全重复的。

降落相机用于在着陆器动力下降过程中，即在2千米～4米各个高度获取着陆区域的光学成像，从而分析着陆区月表的地形地貌和区域地质情况。它仅在着陆过程中使用，对月貌特征进行黑白成像,并同时有几个功能:一是压缩能力，主要是为了满足大数据量能够及时下传。二是可以进行自动曝光调节，调节时间在一秒以内就可以完成。三是体积、功耗均小，不惧恶略环境。

极紫外相机

极紫外相机在世界月球探测器上是首次应用。它利用月球真空环境，自转速度慢等优势对地球周围等离子体层的整体变化进行长达一年的全方位观测，这有助于了解太阳和地球的相互关系，提高我国空间环境监测和预报能力。由于距离较近，人造地球卫星无法实时、整体掌握地球等离子体层的规律。

月基光学望远镜也是在世界上首次应用。它主要在近紫外波段对重要天体的光变进行长期连续监测。由于地球上有大气层，很多地外天体的射线被地球大气所吸收了，尤其是紫外波段的光。在月球上没有大气层的阻隔，所以能进行全波段天文观测，容易获得一些新发现。

月基光学望远镜反射镜和转台

月基光学望远镜探头

在落月过程中，嫦娥三号着陆器要突破着陆关。2013年12月6日，它携带月球车进入100千米的环月圆轨道；12月10日变轨进入近月点15千米、远月点100千米的椭圆轨道；12月14日，着陆器利用1500～7500牛变推力发动机从在离月面15 千米高的近月点开始以1.7千米/秒的速度动力下降。它经过主减速、调整、接近、悬停、避障、缓速下降和自由落体几个阶段，落在了月球虹湾地区，一共耗时近700秒。

嫦娥三号在降落到距月面约100米时，会像直升机一样悬停一会儿，以智能方式选择一块比较平的着陆点，然后平移飞到安全着陆点高空再降下来。当降到离月面约4米时它要关闭发动机，以免扬起较多月尘，污染相机镜头或影响其他设备工作。之后，嫦娥三号以4米/秒的速度自由落体，最后靠着陆器的4个支架腿缓冲安全落在月球西经19.5°、北纬44.1°的虹湾以东区域，这里很平坦，只有1°～2°倾斜，远低于小于15°倾斜要求。

嫦娥三号着陆过程示意图

安全落月后，嫦娥三号还要经受住月球昼夜极端温差的考验。月球的一天约相当于地球的28天，而且14天是阳光普照的白天，14天是寒冷的黑夜。其白天温度可达150℃，夜间温度会降到—180℃。月夜长时间低温对嫦娥三号是个严峻考验，因为很多设备的工作温度都有严格限制，在这么低的温度下，所有的电子仪器都会被冻坏的，即使天亮后太阳出来了也不能恢复工作。要保持这些仪器设备不被冻坏的最低温度是—40℃。另外，在月夜期间不能用太阳电池发电来保温。由于为了给仪器提供足够的温度，需要很大功率的电源，且工作时间长，而现有的各种锂电池、蓄电池都不行。

为了解决这一难题，嫦娥三号首次采用了同位素热源以及导热流体回路、隔热组件、散热面设计、电加热器、低重力环境下机构的重复展开与收拢技术、月尘环境下机构的润滑与密封技术等，以确保探测器系统顺利度过月夜。这相当于给嫦娥三号“盖被子”、“生炉子”、“开空调”，以确保舱内温度控制在—20℃～50℃之间，使嫦娥三号能顺利度过长月夜。太阳一出来，又通过嫦娥三号上的光照自主唤醒电路，重新展开的太阳电池翼继续工作。