【嫦娥落月須闖“五關(guān)”】

  嫦娥落月，即將在今晚9點(diǎn)多上演。由著陸器和“玉兔”號(hào)月球車組成的“嫦娥三號(hào)”預(yù)計(jì)將于今晚在月球虹灣區(qū)軟著陸，這將是此次嫦娥三號(hào)任務(wù)最大的看點(diǎn)。明晚，月球車要和著陸器“說(shuō)再見(jiàn)”，兩器分離后，月球車將在月面進(jìn)行為期3個(gè)月的科學(xué)勘測(cè)，著陸器則不會(huì)“挪窩”，在著陸區(qū)原地探測(cè)。

在整個(gè)落月過(guò)程中，嫦娥將經(jīng)歷與地球失去聯(lián)系的黑色720秒，這段時(shí)間里，著陸器導(dǎo)航與控制系統(tǒng)的敏感器，將充當(dāng)“大腦”，指揮著陸器平穩(wěn)降落。

為何繞了8天才落月？

嫦娥三號(hào)于本月2日發(fā)射升空，于6日進(jìn)入高度為100公里的環(huán)月圓軌道。對(duì)于已近在咫尺的月球，嫦娥三號(hào)為何還要繞飛8天后才著陸？據(jù)專家介紹，這主要由落月時(shí)間和區(qū)域決定。一方面，為能在高溫到來(lái)前完成月球車與著陸器分離，嫦娥三號(hào)須在月球的上午著陸，這就限制決定它要多飛幾天；另一方面，嫦娥三號(hào)此前并不在著陸區(qū)虹灣所在軌道面內(nèi)，而要等到月球轉(zhuǎn)至虹灣區(qū)時(shí)才降落。

落月全程12分鐘

據(jù)悉，嫦娥三號(hào)將在近月點(diǎn)15公里處以拋物線軌跡下降，相對(duì)速度從每秒1.7公里逐漸降為零。過(guò)程經(jīng)過(guò)主減速、快速調(diào)整、接近、懸停、避障和減速下降等階段，實(shí)現(xiàn)在月球虹灣區(qū)的軟著陸。整個(gè)過(guò)程大概需要12分鐘。

具體來(lái)說(shuō)，由于月球表面幾乎沒(méi)有大氣層，不能利用降落傘降落，為了減緩嫦娥三號(hào)的降落速度，著陸器底部的發(fā)動(dòng)機(jī)反推著陸器。當(dāng)著陸器降落至距離月面100米高度時(shí)，懸停在空中，著陸器下方的降落相機(jī)充當(dāng)眼睛的作用，著陸器根據(jù)其拍攝到的月面信息，再平移到平緩的區(qū)域，垂直下降，但仍然需要用發(fā)動(dòng)機(jī)反推，降低下降的速度。

當(dāng)著陸器降落到距離月表4米高度時(shí)，著陸器懸停在空中，關(guān)閉反推發(fā)動(dòng)機(jī)，著陸器以初速度為0的自由落體方式降落，并將腿部支架扎進(jìn)土層。

如果一切順利，“嫦娥”所帶的降落相機(jī)將記錄中國(guó)航天器首次地外天體軟著陸的精彩瞬間。

難關(guān)1

能否及時(shí)“剎車”

準(zhǔn)確降落

好比在高速路上飛馳的汽車，速度慢了耽誤時(shí)間，速度太快又不能及時(shí)剎車，錯(cuò)過(guò)了目的地，或者一頭撞上去，都不能完成任務(wù)。能否在指定的月球虹灣區(qū)域準(zhǔn)確落下，是嫦娥三號(hào)探測(cè)器實(shí)施軟著陸首先面臨的難題。

在嫦娥“三姑娘”之前，嫦娥一號(hào)和嫦娥二號(hào)兩姐妹已解決了繞月飛行的技術(shù)問(wèn)題。這一次，嫦娥“三姑娘”則要解決繞月成功后，能不能在指定區(qū)域落下來(lái)的問(wèn)題。

在人類探測(cè)器軟著陸月球的歷史中，就有過(guò)沒(méi)能“剎住車”的先例，比如美國(guó)1962年發(fā)射的徘徊者3號(hào)，從距月球36793千米處飛過(guò)，“剎車”失敗。

所以，嫦娥三號(hào)的“剎車”時(shí)間是否合適、遠(yuǎn)近距離是否準(zhǔn)確，都是此次任務(wù)的技術(shù)難點(diǎn)和關(guān)鍵。為此，北京飛控中心已做了充分的準(zhǔn)備。

著陸是探月最難一環(huán)

難關(guān)2

下降過(guò)程嫦娥

完全自主

落月過(guò)程中，要實(shí)時(shí)測(cè)量探測(cè)器運(yùn)動(dòng)的速度、高度，隨時(shí)調(diào)整，而且月面地形地貌很復(fù)雜，還要尋找安全的著陸區(qū)等，“這些工作都要在很短的時(shí)間內(nèi)完成，而且完全靠探測(cè)器自主完成，所以自主導(dǎo)航控制是個(gè)難點(diǎn)?！辨隙鹑?hào)探測(cè)器系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師孫澤洲說(shuō)。

15公里開始的“動(dòng)力下降”階段，被業(yè)內(nèi)人士形容為最驚心的環(huán)節(jié)，也稱黑色720秒。嫦娥三號(hào)要完全依靠自主導(dǎo)航控制，完成降低高度、確定著陸點(diǎn)、實(shí)施軟著陸等關(guān)鍵動(dòng)作，人工干預(yù)的可能性幾乎為零?！霸谶@個(gè)時(shí)段內(nèi)，測(cè)控都跟不上了，只能事先把程序設(shè)定好?！辨隙鹑?hào)探測(cè)器系統(tǒng)副總指揮譚梅表示。

著陸器GNC（制導(dǎo)導(dǎo)航與控制）系統(tǒng)設(shè)計(jì)了專門的敏感器，進(jìn)行對(duì)月測(cè)速、測(cè)距和地形識(shí)別，確保探測(cè)器在著陸段自主制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制。

難關(guān)3

真空下降落能否順利減速

月球上沒(méi)有大氣，這就決定了月面著陸與地球著陸方式完全不同，它是真空狀態(tài)下的軟著陸。

“沒(méi)有大氣也就意味著不能利用空氣摩擦實(shí)現(xiàn)減速。嫦娥三號(hào)探測(cè)器要實(shí)現(xiàn)月面安全軟著陸，傳統(tǒng)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和推進(jìn)系統(tǒng)無(wú)法完成這一任務(wù)。因?yàn)樵谠虑蜻@一無(wú)大氣天體表面進(jìn)行的軟著陸機(jī)動(dòng)飛行中，傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)推力的變化。”孫澤洲說(shuō)。

為此次任務(wù)新研制的7500牛變推力發(fā)動(dòng)機(jī)，能夠進(jìn)行連續(xù)可調(diào)節(jié)變推力，進(jìn)而對(duì)嫦娥三號(hào)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，很好地解決了這一難題。但由于是首次研制和使用，7500牛變推力發(fā)動(dòng)機(jī)最終的表現(xiàn)如何，還有待實(shí)踐的考驗(yàn)。

難關(guān)4

落月點(diǎn)小環(huán)境未知風(fēng)險(xiǎn)大

嫦娥三號(hào)著陸地點(diǎn)，選在較為平坦的虹灣區(qū)域。但最終的落月點(diǎn)選擇，仍存在一定難度。

“月球表面從宏觀的方面來(lái)說(shuō)相對(duì)還是比較平坦的，但小范圍，比如50米×50米或者10米×10米的小環(huán)境，它的地形地貌是什么樣子，我們不是很清楚，也不知道最終會(huì)降落到什么地方，這對(duì)我們而言是一個(gè)很大的考驗(yàn)。盡管采取了很多措施，但風(fēng)險(xiǎn)還是比較大，因?yàn)槟抢锏脑率?、月坑很多，可能碰到石頭，也可能碰到壕溝，這些情況都可能存在?！眳莻ト收f(shuō)。

難關(guān)5

著陸沖擊力或讓嫦娥跌倒

當(dāng)探測(cè)器著陸在月面時(shí)，著陸器撞擊月面會(huì)形成較大的沖擊力，這可能造成探測(cè)器出現(xiàn)翻倒的情況。在美蘇以往的月球探測(cè)器軟著陸歷史中，發(fā)生過(guò)“軟著陸”變“硬著陸”的情況，比如蘇聯(lián)1965年發(fā)射的月球8號(hào)就是撞擊了月面，軟著陸失敗。

另外，著陸器落在月球會(huì)激揚(yáng)起月塵，月球塵埃如果附著于探測(cè)器表面，能引起光學(xué)系統(tǒng)靈敏度下降、機(jī)械結(jié)構(gòu)卡死等故障。同時(shí)由于月球表面覆蓋著一層松軟且崎嶇不平的月壤，這些都給著陸帶來(lái)了困難。

對(duì)此，研制團(tuán)隊(duì)充分考慮了月壤物理力學(xué)特性對(duì)著陸沖擊、穩(wěn)定性的影響以及月塵的理化特性等，采用特殊的材料、設(shè)計(jì)和工藝，研制出全新的著陸緩沖系統(tǒng)，解決上述難題，確保探測(cè)器實(shí)施軟著陸過(guò)程中，在一定姿態(tài)范圍內(nèi)不翻倒、不陷落，并為探測(cè)器工作提供牢固的支撐。

據(jù)了解，著陸器底下四個(gè)金屬腿型結(jié)構(gòu)將起到緩沖作用。著陸器還設(shè)有緩沖拉伸桿，也是緩沖吸能部件，主要任務(wù)是吸收著陸時(shí)的沖擊力。

探測(cè)器的著陸緩沖機(jī)構(gòu)能否經(jīng)受住考驗(yàn)，今晚將見(jiàn)分曉。