嫦娥三號今晚進入橢圓軌道 變推力發(fā)動機助其落月

時間:2013-12-10

來源:網(wǎng)絡轉(zhuǎn)載

導語:嫦娥三號將在月球表面相對平坦的虹灣地區(qū)軟著陸。為實現(xiàn)這一目標,嫦娥三號將使用最大推力為7500牛的變推力發(fā)動機,反向啟動進行減速。變推力是指發(fā)動機能夠產(chǎn)生從1500牛到7500牛的可調(diào)節(jié)推力,從而對嫦娥三號實現(xiàn)精準控制。

據(jù)報道,今天晚上,嫦娥三號探測器將在地面測控系統(tǒng)的指令下,實施軌道機動,從100公里×100公里的圓軌道上,通過降軌進入100公里×15公里的橢圓軌道,“落月”之旅更近一步。嫦娥三號為什么要從圓軌道進入橢圓軌道?進入橢圓軌道后,還有哪些工作要做?

據(jù)航天科技集團中國空間技術(shù)研究院嫦娥三號任務探測器系統(tǒng)專家馬繼楠介紹,這個橢圓軌道就是實施動力下降前的目標軌道,這也是動力下降前,軟著陸之前所做的最后一次軌道調(diào)整,因此不光是相關(guān)系統(tǒng)專家此時神經(jīng)高度緊張,對于關(guān)心嫦娥三號的天文愛好者來說,也是要捏一把汗的。

事實上,橢圓軌道分為遠月點和近月點,近月點就是要準備下降的一個位置,嫦娥三號要達到近月點的話,從明天開始,還要再飛行4、5天,然后找到近月點,此時距離月球高度是15公里,然后就要開始下降軟著陸了。

“落月”應該說是嫦娥三號要完成的最高難度的動作,要是實現(xiàn)月球的“軟著陸”,還有一系列的考驗在等待著嫦娥三號,那它將如何應對?

從15公里高度到最終安全降落到月球表面,嫦娥三號將經(jīng)歷發(fā)射升空以來,最為“驚心動魄”的一個階段——動力下降段。因為,動力下降段,嫦娥三號完全要依靠自動控制,完成降低高度、測距、測速、確定合適的著陸地點,自由落體著陸等一系列動作,這一階段地面測控基本已經(jīng)“無能為力”,而總共完成這一階段只有十幾分鐘時間。探測器系統(tǒng)副總指揮譚梅把這段時間稱為“黑色750秒”:

譚梅:咱們測控的都跟不上了,你根本來不及底下判斷,再去上去執(zhí)行,完全是自己自動控制的。動力下降開始然后整個的過程就是事先是著陸器的一個計算機,它是事先需要把這個程序都是要設定好的。

按照任務要求,嫦娥三號將在月球表面相對平坦的虹灣地區(qū)軟著陸。為實現(xiàn)這一目標,嫦娥三號將使用最大推力為7500牛的變推力發(fā)動機,反向啟動進行減速。變推力是指發(fā)動機能夠產(chǎn)生從1500牛到7500牛的可調(diào)節(jié)推力,從而對嫦娥三號實現(xiàn)精準控制。譚梅解釋說:

譚梅:飛行過程中由于推進劑的消耗,探測器的重量就減少了,所以推力也跟著變,推力也往下調(diào),因而要有一個變推力的發(fā)動機。

航天科技集團六院十一所副所長陳煒介紹,此前美國在阿波羅登月計劃里邊才有了“變推力發(fā)動機”的出現(xiàn),現(xiàn)在雖然我國是首次在航天器上使用變推力發(fā)動機,但在國際上已經(jīng)處于領先位置,遠超過了美國當時的水平:

陳煒:嫦娥三號這個主發(fā)動機是我們國家現(xiàn)在航天器上最大推力的發(fā)動機,咱們原先以前就是神舟上面的發(fā)動機最大是2500牛,我們就是7500牛目前我國航天器上最大突破。

盡管使用了先進的變推力發(fā)動機,同時嫦娥二號已經(jīng)為嫦娥三號拍攝了優(yōu)于1.5米分辨率的虹灣區(qū)域影像圖,但是,月球虹灣仍舊存在坡度、石塊等不確定地質(zhì)條件。探測器著陸系統(tǒng)副總指揮張熇說,畢竟沒有真正到過月球,落月的風險是存在的:

張熇:這個坡度在四十米的長基線上范圍內(nèi),平均下來可能很小,而著陸器的腿伸出來只有五米,但這個局部五米也許坡度更大一點,這也是我們一直說的著陸風險,因為沒去過,不知道實際情況,只能按照現(xiàn)有資料評估下來應該95%以上的可能不會遇到這種大坡大坑。

為了能夠讓“嫦娥三號”避開這些危險,嫦娥三號著陸器攜帶的測距測速敏感儀將發(fā)揮作用,它們相當于嫦娥三號的“眼睛”,在降落過程中對月球表面快速掃描,甚至繪制出三維立體的月球表面影像供程序分析判斷,并在100米高度像直升飛機一樣懸停,最終把嫦娥三號平移到最佳的著陸點上空。在這一過程中,還要對嫦娥三號的飛行姿態(tài)進行控制,確保著陸器垂直于月球赤道著陸。

張熇:一公里左右有一次光學成像,在大范圍找一個相對平的地方挪到那附近,然后一百米懸停的時候再找一次,找一個相對平的地方,然后落下去。

為了避免擾動月球表面的月塵,嫦娥三號在距離月球四米左右的位置將關(guān)閉反推力發(fā)動機,在月球四米左右的高度進行自由落體,此時,著陸器底下,四個具有吸收能量作用的金屬腿型結(jié)構(gòu)將起到緩沖作用。

張熇:即使月面是平的,著陸器四個腿也不一定同時著地,肯定有先后,因而它的壓縮形成就不一樣,所以我們?nèi)萑?5度傾斜不會翻。目前掌握的資料是,月壤的承載強度隨著深度的增加,不會陷得太厲害。

據(jù)了解,在嫦娥三號從15公里到月球表面軟著陸的過程中,著陸器還將同步開展月表地形、地質(zhì)的研究。成功實現(xiàn)軟著陸后,除了釋放“玉兔號”月球車外。扎根月球、不能移動的著陸器將利用月基光學望遠鏡進行天文觀測,利用極紫外相機對地球周圍的等離子體層進行極紫外成像探測。探月工程副總指揮李本正說,這將是我國航天器首次地外天體的軟著陸,著陸器所承擔的科學任務也意義非凡:

李本正:特別這次將光學望遠鏡送到月球上,在月球上進行太空觀測,這個過去沒有做過,包括其他國家都沒有做的,在月球上進行深空觀測的能力會大大提高。

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