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嫦娥三号月球着陆器技术创新多 装备核电池

嫦娥三号月球着陆器技术创新多 装备核电池

嫦娥三号月球软着陆器与月球车模型

嫦娥三号月球着陆器技术创新多 装备核电池

资料图:探月三期工程的嫦娥五号将独立完成月球登陆采样返回三步,堪称浓缩版阿波罗飞船,图为嫦娥五号模型,上面的就是返回舱

嫦娥三号月球着陆器技术创新多 装备核电池

资料图:美国阿波罗飞船的指令舱、登月舱结合体,20世纪60年代靠人类完成的任务,如今靠无人设备也能做到

嫦娥三号月球着陆器技术创新多 装备核电池

资料图:美国近年来的三代火星车勇气/机遇号、探路者号和好奇号的尺寸对比

腾讯军事讯 2012年11月举办的第九届珠海航展上,中国航天科技集团展出了将在明年择机发射的嫦娥三号软着陆探测器,它不仅将是我国发射的第一个地外软着陆探测器和巡视器(月球车),还是阿波罗计划结束后重返月球的第一个软着陆探测器。

2004年中央正式批准月球探测工程立项,我国探月工程实施“绕”、“落”、“回”的三步走战略,第一步的绕月探测器已经通过嫦娥一号探测器圆满完成,第二步已经发射嫦娥二号作为先导星,并将通过嫦娥三号和嫦娥四号月球软着陆探测器完成软着陆落月,第三步则要发射月面取样返回的嫦娥五号探测器。

2007年发射的嫦娥一号月球探测器实现了我国首次环月飞行,并绘制了我国首幅月面全图,目前已经完成任务撞月。2010年发射的嫦娥二号月球探测器则有更多攻击,它作为探月工程二期技术验证的先导星,验证了探月工程二期的部分关键技术,包括地球转移轨道直接发射技术、100公里高度近月制动的月球轨道捕获技术、和降落相机技术,增加了X频段测绘能力并试验了更高速度的数据传输技术。嫦娥二号探测器还对探月二期工程软着陆探测器预定着陆的虹湾区域拍摄了大量高精度的图片,供探月工程二期的软着陆探测器选择着陆点。嫦娥二号探测器还进行了扩展试验,在世界上首次实现从环月轨道转移到日地第二拉格朗日点(S/E L2),目前它已经离开L2点,正在飞向4179号小行星并将与之交会进行抵近观测。

探月工程二期按计划将发射嫦娥三号和嫦娥四号两个软着陆探测器,它们均为着陆器和巡视器的组合体,其中巡视器位于着陆器顶端,着陆探测器有四条腿用于着陆的缓冲,而自动巡视器有六个轮子用于月面行驶。嫦娥三号探测器的着陆器需要掌握着陆自主导航控制、着陆变推力推进系统、着陆缓冲系统、月面生存热控系统等关键技术,自动巡视器需要攻克自主导航巡视、月面生存热控系统等关键技术,具有很高的技术难度。我国探月工程三期将发射更加复杂的嫦娥五号采样返回探测,它将是我国第一个从地外天地采样返回的的探测器,需要突破月面采样封装、月面起飞、月球轨道交会对接、高速再入返回地球等新的一系列关键技术。嫦娥五号主要包括轨道器、着陆器、上升器、返回器等四个主要部分,通过关键的环月轨道交会对接,实现了携带重达2千克的月壤样品返回地球的目标,从技术上说嫦娥五号探测器堪称一个无人版的阿波罗飞船。

探月工程目前进入了二期阶段,明年将发射的嫦娥三号探测器无疑成为众人瞩目的焦点。嫦娥三号探测器的总质量约3.5吨,将使用我国运载能力最大的长征三号乙火箭发射,打入直接奔月轨道,并在月面100公里高度制动进行月球轨道捕获,随后降低到100X15公里轨道,并最后在15公里高度开始月面软着陆。

嫦娥三号探测器研制的一个核心难点,是探测器软着陆的变推力发动机和着陆过程中使用的制导、导航和控制(GNC)技术。嫦娥三号探测器着陆过程自15公里高度开始,15公里到2公里高度完成主减速和姿态调整,2公里到100米高度缓慢下降,识别并避开大的月面障碍,100米到4米高度开始规避小的月面障碍,缓慢下降到4米高度之后开始自由下落。落月过程中嫦娥三号探测器的发动机推力变化很大,传统发动机无法达到所需的深度节流能力,我国为探测二期专门研制了1500~7500牛的变推力发动机,它已经完成关键技术攻关和产品研制,并通过了地面试验验证,除了用于软着陆,还将用于奔月过程中的轨道修正和进入月球轨道的轨道制动。嫦娥三号探测器任务着陆过程时间短、推进剂消耗大,还要求自动避障以提高着陆的安全性,与我国已有的航天器的GNC区别很大。嫦娥三号除了使用嫦娥二号已经验证的降落相机,还将增加测距测速雷达和激光测距仪。从自由下落的设计看,很可能也使用了苏联Luna系列软着陆探测器的γ射线测高计。

不同于嫦娥一号时过于保守,导致科学载荷技术落后性能不足的遗憾,嫦娥三号虽然是我国第一个地外软着陆探测器,但凭借前两颗探测器尤其是嫦娥二号这颗先导星积累的经验,大胆开拓创新进行了不少创新性的尝试。嫦娥三号探测器的着陆器上携带了近紫外月基天文望远镜、极紫外相机,在巡视器上携带了测月雷达,都是世界月球探测史上的创举。月基天文望远镜将对重要天体的光变进行长期连续监测并对低银道带进行巡天观测,由于近紫外月面天文望远镜的独创性,2012年9月国际月球观测台协会(ILOA)和中国国家天文台(NAOC)签订协议,共享嫦娥三号近紫外望远镜和谷歌月球探月竞赛(Google Luna X Prize)中ILO-X探测器的银河系图片数据,这将是中美近年来在航天领域的首次合作。嫦娥三号探测器携带了一台极紫外相机,对地球周围的等离子体层进行全方位的长期观测。嫦娥三号探测器还将在月球表现实现无人月面着陆器和自动巡视车的联合探测,自动巡视器底部将安装一部超宽带毫微秒脉冲雷达,用于直接探测30米内月壤结构和数百米深度的浅层月壳结构。

对于中国航天来说,嫦娥三号探测器将是我国首次获得月球降落和巡视区的地形地貌和地质构造,还是我国探测器首次实现月夜生存。嫦娥三号的着陆器具有1年的设计寿命,而巡视器具有3个月的设计寿命,要在月球上度过14天左右的漫漫长夜和白昼,探测器使用了同位素温差电池(RTG),这也是不久前成功着陆火星的美国“好奇”火星探测器的选择,而14天的白昼极高温下保证舱内正常工作温度,探测器还需要进行复杂的温控设计。嫦娥三号探测器还将使用佳木斯和喀什的64米和35米直径S/X双频段地面深空站,使用X频段执行深空测控任务。嫦娥三号探测器不仅在概念上创造了数个国际和国内的第一,而且作为中国航天深空探测领域技术发展和探索的里程碑,将具有十分重要的意义。(松鼠)

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