【深读】
“三姑娘”是如何设计出来的
嫦娥三号探测器,是我国第一个“有腿”的航天器,也是中国人首次用来尝试地外天体软着陆的航天器。“三姑娘”长什么样,与嫦娥一号、二号相比有什么特点,是如何设计出来的?
四腿六轮:实现软着陆和巡视勘察
“三姑娘”有四条腿六个轮子,是着陆器和巡视器的组合体。
航天科技集团主任设计师杨建中介绍,这样的组合构型,是由其任务特点决定的。嫦娥三号任务主要有两个,一是实现月面软着陆,二是实施月面巡视勘察。这需要它既能落到月面上,还能自主动起来。
整个前期飞行、动力下降以及实施软着陆过程,都是由着陆器完成的。到月面后,二者互相配合,将巡视器释放到月面上,成为两个独立的探测器,各自在月面开展探测任务。
着陆器包含11个分系统,其中最有特色的当属着陆缓冲分系统,又集中体现在四条“中国腿”的外形上,腿式能保证着陆的稳定性。巡视器包含8个分系统,其中最有特色的当属移动分系统。从外形上看,就是巡视器的6个轮子。
路径设计:100米处悬停拍照寻找着陆点
嫦娥三号要在近月点15公里处进行动力下降,接着实现月面软着陆。探测器的相对速度要从1.7公里/秒逐渐减为0,过程主要靠探测器自主来完成,人工干预的可能性几乎为零。距月面100米处时,探测器要悬停,对月面进行拍照,避开障碍物,寻找着陆点。
对于地面工程人员来说,这一过程尚属首次,存在两大风险。一是关键设备都是新研制的,二是软着陆区域的地形地貌存在一定程度的不确定性。
等到探测器在月面实现软着陆后,着陆器和巡视器还要进行分离,实现互相拍摄。着陆器基本固定在一个位置,巡视器则需要从着陆器上“走”下来,进行月面巡视勘察。在月面路径中,还涉及到“地面遥操作”和“巡视器自主控制”相结合的技术手段。
月面生存:“盖被子”“生炉子”“开空调”
月球表面昼夜温差较大,月球的昼夜交替周期也较长,这给“三姑娘”的月面生存带来难度。
中国航天科技集团着陆器热控分系统主任设计师刘自军用“盖被子”“生炉子”和“开空调”等熟知的概念解释热控设计。嫦娥三号上有一个多层隔热组件,就是所谓的“被子”,可以双向隔热,外部高温不能往里传,外部寒冷时候里面热量不往外漏。
寒冷时“三姑娘”还得“生炉子”。“炉子”主要是同位素核源,它能够持续放热,在需要的时候将热量导入舱内,不需要的时候切断传热途径。
到了月昼时,虹湾温度迅速升高至90摄氏度。设计师们在探测器上精心设计了几个散热面,可以把设备发出的热量散出去。 据新华社
【延伸】
江苏元素助力“嫦娥”奔月
今日凌晨,嫦娥三号探测器在西昌卫星发射中心一飞冲天。在“嫦娥”成功奔月的背后,凝聚了众多江苏科技人员的智慧和心血,“江苏元素”积极为“嫦娥”保驾护航。
中国航天飞行的每一步,都有中国电子科技集团公司十四所的参与。此次十四所承担嫦娥三号任务中运载火箭的测量系统通讯天线、综合卫星导航有源天线及相应高频电缆网的研制和生产任务。通讯天线负责完成箭—地通讯任务,综合卫星导航有源天线用于配合箭上GNSS接收设备进行GNSS信号的接收、放大,完成对火箭外弹道的测量。
在嫦娥三号飞天过程中,十四所的雷达天眼将紧紧追踪。雷达是利用无线电波段来监测飞船位置的,无论是白天还是晚上,都可以全天候工作,而且不受天气的干扰,几乎没有“盲区”。
专家介绍说,嫦娥三号进入大气层时,会和大气层产生剧烈摩擦,这个摩擦会造成高温和极其恶劣的环境条件,形成“黑障层”,这时探测器的其他应答装置完全失灵,需要靠雷达向一定的范围内发射电磁波,电磁波遇到飞船后反射,雷达锁定这微弱的信号,就可对其进行定位跟踪。
不仅如此,月球车“玉兔”的地面模拟车也由东南大学专家研制。“我们研制的地面模拟月球车或称为地面模拟实验系统,主要是进行遥操作的通信控制实验。”
负责此项研究的东大机器人传感与控制技术研究所所长宋爱国介绍,月球车“玉兔”机械臂上有个探测仪器,用于探测月球岩石,地面模拟月球车就是要验证遥操作远程控制的有效性和准确性。据了解,地面模拟月球车共有两台,分别于2011年底和去年7月交付使用。(吴红梅 蒋廷玉)
(责任编辑:石兰)