太陽翼
  東方IC供圖
  (本報資料整合負債圖片)
  2011年9月,美國用德爾塔二號運載火箭將聖杯(重力恢復和內部結構試驗室)探測器發射升空,實現雙星環月探測。2013年9月,美國發射月球大氣塵埃環境探測器,進行環月汽車借款探測。
  2010年10月,我國發射嫦娥二號,為嫦娥三號驗借貸證了部分關鍵技術並詳細勘察了落月區域,獲得了世界首幅7米分辨率全月圖,目前已飛離地球約7000萬公里。
  嫦娥三號探測器12月14日21時11分在月面預選著陸區域成功著陸,中國成為世界上第三個實現地外天體軟著陸的國家,人類第130次探月之旅完美上演。來自地球的探測器與月球輕柔相擁,“軟著陸”看上去充滿浪漫,卻是一項高度複雜的航天活動。歷史上以莊臣此為目標的探月任務中,蘇聯直到第12次嘗試才首獲成功,美國在實現軟著陸之前也經歷了3次失敗。“玉兔”通過轉移機構駛離著陸器,開始為期約3個月的科學探測,著陸器則在著陸地點進行原地探測。它們將開展天文觀測、地球等離子體層觀測、巡視路線上月殼淺層結構厚度觀測等工作。
  ??前瞻
  嫦娥三號商務中心將“永駐”月宮
  12月14日晚,伴隨著嫦娥“三姑娘”輕盈落月,中華民族奔月的千年夢想終於成真。那麼,身披鮮艷五星紅旗的嫦娥“三姑娘”將會在月宮待多久,她會回到地球母親的懷抱嗎?
  中國探月工程總設計師吳偉仁表示,嫦娥三號探測器由著陸器和巡視器組成。按照設計目標,嫦娥著陸器將在月球工作一年,巡視器則工作三個月。
  據悉,嫦娥三號著陸器將在月面著陸區進行就位探測。巡視器,即“玉兔”號月球車,將在月面“走”起來進行巡視探測。兩器將共同完成月表形貌與地質構造調查;月表物質成分和可利用資源調查;地球等離子體層探測和月基光學天文觀測。
  專家們表示,嫦娥三號的任務是“落月”,實現我國航天器首次地外天體軟著陸。它不是返回式衛星,沒有另帶一顆運載火箭用於返回地面。完成任務後,嫦娥“三姑娘”就“永駐”月宮了。
  中國探月工程按“繞”“落”“回”三期分步展開。嫦娥一號完成繞月任務後受控撞月。以“落月”為主要任務的二期由先導星嫦娥二號、主任務星嫦娥三號和備份兼改進星嫦娥四號共同完成。
  探月工程二期總體部部長劉彤傑介紹,探月工程三期計劃在2017年前後實現月面採樣並返回地球。
  “嫦娥”“玉兔”的月宮“新家”
  嫦娥三號於12月14日晚在月球錶面軟著陸,正式“落戶”在月宮“新家”——虹灣。被稱為“三姑娘”的嫦娥三號是我國首個在地球以外天體實施軟著陸的航天器。它有兩個主要任務,一是實現月面軟著陸,二是實施月面巡視勘察。嫦娥三號是著陸器和巡視器(俗稱“月球車”)的組合體,落月後,“嫦娥”會將懷抱的巡視器釋放到月面上,成為兩個獨立的探測器,各自在月面開展探測任務。
  “嫦娥”落月後,將利用降落相機、地形地貌相機、極紫外相機和月基光學望遠鏡等有效載荷,在著陸區進行為期1年的就位探測。“玉兔”號將在月球錶面開展3個月的巡視,期間將依靠各種先進設備對月表進行三維光學成像、紅外光譜分析,開展月壤厚度和結構的科學探測,對月表物質主要元素進行現場分析,幫助人們更直接、更準確地瞭解神秘的月亮。
  虹灣,是月球上一個地理名稱,中國探月的首站,也是“嫦娥”“玉兔”的“新家”。虹灣地處月球的北半球、西半球,月球正面的雨海的西北角,跟墨西哥灣差不多大,總體上是一塊平原。
  在跟其他四五個候選區進行“PK”後,虹灣被最終確定為嫦娥三號著陸區。因為虹灣區地形平坦、日照充足、通信暢通、軌控有效,並且是月球研究的空白區,此前還沒有其他國家勘察過。
  ??聲音
  國際專家盛贊
  俄羅斯太空自動導航專家謝爾蓋·馬爾採夫說,上世紀70年代的蘇聯月球車全靠地球遠程遙控完成每個動作。玉兔月球車能自行安全軋過小障礙,對大坡、坑窪等實現自主避障,這有賴於其自主導航系統,這是玉兔車與蘇聯月球車的最主要區別。
  曾為歐洲航天局研製火星著陸探測器的英國科學家科林·皮林格表示,嫦娥三號的定點登陸技術和月球車自主運行、探測功能都相當先進,有些儀器是首次在月球使用,比如極紫外相機和測月雷達。無論美俄航天機構還是歐航局,都對此類技術非常感興趣。
  巴茲·奧爾德林是世界首批登月的美國宇航員之一。從嫦娥三號的整體任務來看,中國已在有關外星探索的熱控制、系統集成、電氣系統設計、軟件、指揮、控制和推進等方面取得了一系列突破。此外,從體積和重量上看,嫦娥三號就像是縮小版的飛船登月艙的下降級(著陸並永駐月面的組件),將來可在此基礎上加裝內設宇航員座艙的上升級,使之成為載人登月飛船的雛形。
  (本版文圖除署名外均為新華社發)
  根據國防科工局的資料統計,月球上共計有14個以中國人名和地名命名的19個月球地理實體,包括12個撞擊坑、2個月溪和5個衛星坑。這14個中國人名和地名包括:石申、蔡倫、張衡、祖沖之、李白、畢昇、郭守敬、萬戶、高平子、張鈺哲、神話傳說中的嫦娥和瓷都景德鎮。此外,1976年和1985年有兩條月球正面的月溪被外國人分別用兩位中國婦女的名字命名。由於文獻資料的缺乏,至今無法確認這兩位發音為“Wan-Yu”和“Sung-Me”的中國女性是誰。
  ??小知識
  月球是地球唯一的天然衛星,是距離人類最近的天體。與月球相關的重要數據有:月球平均直徑約為3476千米,地球直徑是月球直徑的3.6倍。月球的錶面積有3800萬平方千米,約是中國陸地面積的4倍。月球的體積僅為地球的1/49。月球的質量相當於地球的1/81。由於質量小產生的引力就小,月球的錶面重力是地球的1/6。月球與地球間平均距離約為384400千米,繞地球一周的公轉周期為27.3個地球日。月球上的一天約相當於地球上的27天,13天半是陽光普照的白天,13天半是寒冷的黑夜。月球的平均亮度是太陽的1/465000。月球本身並不發光,錶面因反射太陽光而發亮。月球最高溫度123攝氏度,最低溫度零下233攝氏度。由於沒有大氣來傳遞熱量,月球溫度變化很大。
  中國“輕功”是怎樣煉成的?
  12月14日晚,嫦娥“三姑娘”懷抱“玉兔”駕臨距離地球38萬公里的月宮,實現了中國人數千年的奔月夢想,也讓中國成為世界上繼美國、蘇聯之後第三個實現著陸月球的國家。
  嫦娥三號探測器這一落,在天宇划出一條美麗的弧線。這聽起來輕鬆浪漫,其實不然。
  試想,探測器本身加上推進劑共3780公斤的“龐然大物”在11分鐘里速度從每秒約1.7公里減到零,從15公里高處降落到一個陌生又崎嶇不平的地方,該是怎樣的驚心動魄!
  “嫦娥”的“輕功”是怎樣煉成的?專家告訴記者,科研人員在“嫦娥”的“腦子”里輸入主減速、快速調整、接近、懸停、避障和緩速下降六道“密碼”。
  動力:推得精、變得準
  問:月球上空沒有大氣,嫦娥三號是如何實現減速的?
  火箭專家、中國航天科技集團公司第六研究院副院長劉志讓:我們為嫦娥三號量身研製了變推力發動機。它朝著嫦娥三號落月運動的反方向作用,從而實現減速。只有發動機“推得精”,嫦娥三號的速度才能“變得準”。嫦娥三號推進分系統由1台7500牛變推力發動機和若干台姿控發動機組成。這台7500牛變推力發動機是我國目前推力變化範圍最大的發動機。這是變推力發動機在我國探月工程乃至我國航天事業中的首秀。研製難度、技術與控制精度要求之高前所未有。
  北京飛控中心總體室副主任吳鳳雷:短短幾分鐘內,嫦娥三號在導航制導控制系統的指揮下改變推力大小,完成主減速和快速調整。速度從每秒1.7公里降至大約每秒50米,高度從15公里降至不到3公里。
  制導:聰明的“大腦”
  問:15公里內的動力下降,嫦娥三號是自主導航還是根據地面指令行動?
  嫦娥三號探測器系統副總指揮譚梅:整個
  動力下降段就十多分鐘,時間非常非常短。國外同行把類似這種地面無法直接控制探測器的短暫時間稱為“黑色瞬間”。只能事先把程序設定好存進去,讓嫦娥三號有“足夠聰明的大腦”——導航制導控制系統。
  嫦娥三號著陸器分系統副總設計師張熇:導航制導控制系統是整個探測器的重大難點之一。我們為嫦娥三號裝備了全新的測距測速敏感器以及地形識別設備,同時研發了一套完整的控制算法。導航制導控制系統將測速測距數據和地形數據結合判斷,最終形成一套完善的策略來控制推進系統,確保實現平穩降落。
  中國航天科技集團公司五院西安分院黨委書記李軍:動力下降段測距測速敏感器發揮重要作用。安裝在著陸器上的測距測速天線,像靈敏的“觸角”,實時收發射頻信號,並及時傳遞至探測器控制系統,實時掌握嫦娥三號著陸器相對於月球錶面的速度和位置。
  吳鳳雷:完成快速調整後嫦娥三號進入接近段和懸停段,距離月面高度逐步下降至約百米,然後懸停。
  避障:“我們都是你的眼”
  問:月面崎嶇不平,嫦娥三號如何避開岩石大坑?
  張熇:嫦娥三號在接近段有一次光學成像,先大範圍找一個相對平的地方挪到那附近。然後一百米懸停的時候再找一個更平坦的小範圍。
  譚梅:懸停的目的就是讓嫦娥三號避開障
  礙、搜索安全著陸區。嫦娥三號預選著陸區虹灣相對平坦。但月球錶面仍然存在坡度、石塊等不確定地質條件。嫦娥三號攜帶的測距測速儀,激光三維成像敏感器等就相當於嫦娥的“眼睛”。它們對月球錶面快速掃描,並繪製出立體影像。
  中科院上海技術物理研究所研究員舒嶸:激光三維成像敏感器的測量範圍是50至120米,大約從距月面100米處開始工作,為嫦娥三號提供著陸區三維地形信息,幫助它避障。
  落月:“中華好輕功”
  問:嫦娥一號完成繞月使命後重重撞月消香玉隕,嫦娥三號如何做到輕柔落月?
  吳鳳雷:經過粗避障、精避障,嫦娥三號距離自己選擇的著陸點只有數米時,接到關機信號發動機關閉,進入無動力下降。著陸時,“嫦娥”的垂直速度不大於4米每秒。
  嫦娥三號探測器系統總設計師孫澤洲:地外探測器的落地緩衝可以用氣囊或者緩衝腿,嫦娥三號採用了四條著陸腿。它因此成為我國第一個帶腿的航天器。
  由中科院合肥物質科學研究院和固體物理研究所研製的著陸器緩衝吸能部件,採用了一種具有優異力學性能、高吸能本領的新材料,確保著陸器以舒適的方式著陸,而不翻倒。
  著陸緩衝分系統主任設計師楊建中:這四條腿著陸時承受巨大的衝擊,卻能保證嫦娥三號強、輕、柔、穩地落月。我們驕傲地稱之為“中國腿”。
  嫦娥三號著陸探測器
  質量約1.2噸,攜帶7台科學儀器和數台相機。
  定向天線
  著陸探測器裝有定向通訊天線,可把探測數據傳回地球。
  4條著陸腿
  減輕著陸緩衝力。
  變推力發動機
  這台發動機推力為1500~7500千牛,可在降落時靈活調節,確保嫦娥三號安全軟著陸。
  極紫外相機
  對地球等離子體層的整體變化進行檢測。
  近紫外月基天文望遠鏡
  將在國際上首次實現在月球上觀測恆星、星系和宇宙。
  調姿發動機
  相比嫦娥一號、二號,嫦娥三號安裝的調姿發動機數量大大增加。
  截至目前,世界上共進行了129次月球探測活動。20世紀90年代至今的探月活動主要有:
  1990年1月,日本發射飛天號月球軌道器,飛天號接近月球後與地面失去聯繫。
  1994年1月,美國發射克萊門汀號月球軌道器,發回180萬張圖片。
  1998年1月,美國發射月球勘探者號軌道器,進行遙感探測,同年7月撞擊月球尋找月球存在水冰證據。
  2003年9月,歐空局發射第一個月球探測器SMART-1,成功完成預期月球探測任務,2006年9月撞月。
  2007年9月,日本月亮女神(SELENE)月球軌道器發射成功,2009年6月,“月亮女神”受控撞月。
  2007年10月,我國嫦娥一號發射,圓滿完成預定探測任務,於2009年3月受控撞月。
  2008年10月,印度月船1號繞月衛星發射成功,對月球進行了全球成像。2009年8月,月船1號與地面失去聯繫。
  2009年6月,美國發射月球勘測軌道飛行器(LRO)和月球坑觀測與遙感衛星(LCROSS),10月9日LCROSS成功撞擊月球,發現了水。
  嫦娥一小步中國一大步
  這一次,沉寂億年的月球迎來了中國訪客。嫦娥三號在月球實現軟著陸,中國成為繼蘇聯和美國第三個實現月球軟著陸的國家,也是第一個在虹灣地區著陸的國家,彌補了月球探測史上的空白。
  作為中國探月工程“繞、落、回”戰略的關鍵一環,嫦娥三號漂亮“落月”,實現了歷史性的突破。而此前,嫦娥一號進入月球軌道並獲得第一幅全月球影像圖的成績;嫦娥二號為嫦娥三號實現軟著陸積累了經驗。
  嫦娥一小步,中國一大步。據資料統計,在嫦娥三號之前世界上共進行了129次月球探測活動,成功率為51%。其中,只有蘇聯和美國完成了13次月面無人軟著陸。探月、落月之難,可見一斑。
  更難的是,作為國際深空探測俱樂部的後來者和追趕者,中國一直堅持自主創新、有所作為。嫦娥三號探測器總設計師孫澤洲表示,與嫦娥一號和嫦娥二號相比,嫦娥三號80%的產品和技術都是新的。
  “軟著陸”代表了“硬成績”。在前人未走過的地區,大量應用新技術開展科學探測。嫦娥不是追逐加入“落月探測俱樂部”的虛名,“她”和“玉兔”月球車,將大大推進人類對月球的認知:提供戰略性資源,開展真空、微重力和低磁場試驗,觀測太空,監測地球環境變化……探月工程的新技術和新裝備,未來經過成果轉化,還可以在廣泛的民用領域大顯身手。
  既是自主創新,也有國際合作。歐洲航天局國際關係部負責人卡爾·伯奎斯特表示,歐航局曾在嫦娥一號、二號任務中與中國開展過合作。嫦娥三號發射之後,歐航局下屬的地面站予以跟蹤支持。嫦娥三號“軟著陸”成功後,歐航局還將從位於德國達姆施塔特的地面控制中心提供精確的定位服務。
  太空探索是全人類的事業,並不是某一個國家的“專利”。中國將與世界分享探月成果,使其造福人類。中國探月,為全世界致力於和平利用外空的國家和地區提供了機會,共同推動航天技術的進步和發展。
  從嫦娥一號到嫦娥三號,中國航天不斷創造新高度,探月夢又一次點亮中國夢。開放而自信的中國航天,也用誠意歡迎國際合作與共同進步。
  玉兔號月球車
  長1.5米,寬1米,高1.1米,體重140公斤,“身材”呈長方形盒狀。
  身披“黃金甲”
  反射月球白晝的強光,降低晝夜溫差,同時阻擋宇宙中各種高能粒子的輻射。
  電池
  核電池+太陽能電池,晚上月球車靠核電池提供的能量來保溫,白天太陽能電池則驅動月球車工作。
  太陽能帆板
  白天工作時展開,夜晚收起來,形成“包裹式睡眠”,確保月球車有剩餘電力“自主醒來”,重新展開太陽能電池帆板迎接陽光。白天時,帆板還要調整角度,避免被陽光照射得太熱。
  測月雷達
  可以測月球地底下30米深土壤層的結構和100米深的次表層結構。
  機械臂
  能在月壤,月岩中勘探取樣,供現場檢測。
  輪子
  月球車的輪子是網狀的,一邊行駛一邊可以把沙子漏掉,如果遇到坡,小坡可以爬過去,大坡要繞著走,月球車有六個輪子,遇到障礙或路面不平時,兩輪懸空還能保障行走。
  策劃趙鐵軍王國慶統籌張華軍郭 津責編李英華馬 雯鄭興華鮑阿瞳美編劉 競  (原標題:“嫦娥”登月“玉兔”歡騰)
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