嫦娥三號將于14日晚在月面實(shí)現(xiàn)軟著陸

嫦娥三號將于14日晚在月面實(shí)現(xiàn)軟著陸，整個(gè)過程約12分鐘。

“月球降落是整個(gè)任務(wù)最關(guān)鍵階段。”中國探月工程總設(shè)計(jì)師吳偉仁說，“在短短幾百秒內(nèi)從15公里安全降落到月面預(yù)選著陸區(qū)，這是全新、也是最重要的考驗(yàn)。”

這注定是驚心動魄的720秒：前蘇聯(lián)直到第12次嘗試才首獲成功，美國也在品嘗了3次失敗苦果后方平安著陸。月面軟著陸到底有何風(fēng)險(xiǎn)？專家認(rèn)為，嫦娥落月至少面臨五大考驗(yàn)。

落月虹灣面臨未知新世界

與美國、蘇聯(lián)月球探測主要集中在月球赤道附近不同，中國的嫦娥三號選擇在虹灣區(qū)著陸。對虹灣的探索將填補(bǔ)月球研究的空白，但對于嫦娥三號來說，這也是一個(gè)嶄新的、充滿未知的世界。

“盡管虹灣宏觀上相對平坦，但是最后嫦娥三號降落的小環(huán)境到底是怎樣的地形地貌，還是未知數(shù)。”中國探月工程總設(shè)計(jì)師吳偉仁說，石頭、壕溝、斜坡等都是嫦娥三號面臨的巨大考驗(yàn)。

為了能讓嫦娥三號“落”得安全，嫦娥二號已經(jīng)為三號的平穩(wěn)著陸打了“前站”：它用CCD立體相機(jī)對虹灣進(jìn)行了局域超高分辨率立體成像，獲得了分辨率約為1米的圖像。

這是中國航天器首次“降臨”地外天體。為了保證著陸安全，技術(shù)人員還在地面模擬月面環(huán)境特性，進(jìn)行了大量點(diǎn)火、避障、緩速下降的試驗(yàn)。

新技術(shù)新產(chǎn)品等待登月考驗(yàn)

月球上沒有大氣，著陸方式與在地球上完全不同，傳統(tǒng)依靠空氣摩擦減速的火箭發(fā)動機(jī)和推進(jìn)系統(tǒng)在月球上不再奏效。

“為此，我們首次使用了我國自主設(shè)計(jì)制造的變推力發(fā)動機(jī)。”吳偉仁說，發(fā)動機(jī)具有1500牛到7500牛的大推力變化，能夠很好地適應(yīng)不同飛行階段對發(fā)動機(jī)推力的需求。

這是我國首次將變推力發(fā)動機(jī)應(yīng)用于航天器。“變推力發(fā)動機(jī)沒有備份，又是首次使用，其中也存在風(fēng)險(xiǎn)。”嫦娥三號探測器系統(tǒng)首席科學(xué)家葉培建院士說。

據(jù)葉培建介紹，嫦娥三號80%以上的技術(shù)和產(chǎn)品為全新研制，設(shè)備和產(chǎn)品本身的風(fēng)險(xiǎn)比相對成熟的產(chǎn)品高。

為了降低風(fēng)險(xiǎn)，技術(shù)人員設(shè)想了上百個(gè)故障，并制定了相應(yīng)的預(yù)案。“我們天天想，走路想、吃飯想，想到一種就排除一種，還要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。”葉培建說。

“黑色12分鐘”全憑自主控制

從15公里高度降至月球表面，這驚心動魄的12分鐘被稱為“黑色12分鐘”，嫦娥三號要完全依靠自主控制，完成降低高度、測距、測速、選擇著陸點(diǎn)、自由落體著陸等一系列動作。

這期間，人工干預(yù)的可能性幾乎為零。這是因?yàn)槁湓逻^程中的每一個(gè)動作都非常短暫，安裝在探測器上的傳感器一旦獲得信息，需要探測器作出極快的響應(yīng)，而38萬公里的地月距離以及信號延遲，根本不足以讓信息傳回地面、再由地面上傳指令。

實(shí)際上，在世界各國探測器登陸月球或火星的過程中，都有這樣一個(gè)由探測器自主控制的“黑色”時(shí)段。

“中國腿”挑戰(zhàn)月面軟著陸

盡管采用了先進(jìn)的制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)，探測器著陸瞬間還是會對月面產(chǎn)生撞擊。為了避免設(shè)備受到過大的沖擊載荷，探測器上使用了一個(gè)著陸緩沖分系統(tǒng)，也就是嫦娥三號的4條“腿”。由此，嫦娥三號也成為我國首個(gè)有“腿”的航天器。

此前其他國家軟著陸方式主要有三種：一種是氣囊彈跳式，難以滿足嫦娥三號探測器重量的要求；另一種是空中吊車式，控制起來很復(fù)雜；因此嫦娥三號選擇了第三種，也就是腿式著陸。

“著陸緩沖機(jī)構(gòu)主要用于緩沖著陸器的沖擊能量，俗稱著陸腿。”探測器系統(tǒng)著陸器著陸緩沖分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師楊建中用8個(gè)字概括著陸腿的特點(diǎn)：強(qiáng)、輕、柔、穩(wěn)、多、新、全、難。

也就是說，著陸腿要有強(qiáng)度承受沖擊和壓力，自身輕巧，著陸方式柔和、姿態(tài)穩(wěn)定，能保證儀器設(shè)備安全。另外，著陸退還有收攏、展開、支撐的功能，觸月時(shí)還能發(fā)來信號。而作為具有中國特色的新型著陸腿，在實(shí)現(xiàn)了技術(shù)跨越和團(tuán)隊(duì)建設(shè)的雙豐收的同時(shí)，也經(jīng)歷了艱難的開發(fā)研制過程。

撞擊瞬間考驗(yàn)設(shè)備可靠性

“中國腿”的啟用極大降低了著陸時(shí)的沖擊力，但嫦娥三號上的設(shè)備依舊面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。

“經(jīng)過試驗(yàn)，探測器上的設(shè)備能經(jīng)受著陸時(shí)力學(xué)環(huán)境的考核，即便產(chǎn)生撞擊力，電子設(shè)備也能正常工作。”吳偉仁說。

嫦娥三號的太陽能帆板在飛行中處于展開狀態(tài)，而在著陸前，這對“翅膀”會收回，直到順利著陸月面再展開。“著陸時(shí)太陽能帆板如果展開，可能會被折斷，”吳偉仁說，“我們?yōu)殒隙鹑栐O(shè)計(jì)了可重復(fù)展收的帆板，可以保證著陸安全。”

月塵的存在為這一瞬間帶來了更多風(fēng)險(xiǎn)。月面上有細(xì)細(xì)的一層塵埃，探測器著陸時(shí)很可能激起月塵，對光學(xué)敏感器等設(shè)備造成影響。科研人員們采取屏蔽網(wǎng)等防塵措施，給探測器的“眼睛”加上了一層保護(hù)罩。