北京時間12月14日21時11分，嫦娥三號探測器成功實施月球表面軟著陸。我國成為世界上第三個實現(xiàn)月面軟著陸的國家。據(jù)了解，嫦娥三號在月球表面實施軟著陸是此次嫦娥三號任務(wù)的高潮，也是此次任務(wù)最大的難點，是任務(wù)成敗的關(guān)鍵所在。

21時，在中國首臺7500牛變推力空間發(fā)動機(jī)制動下，嫦娥三號從距月面15公里處實施動力下降，相對速度從每秒1.7公里逐漸減為零。探測器在距月面100米處懸停，利用敏感器對著陸區(qū)進(jìn)行觀測，以避開障礙物、選擇著陸點。12分鐘后，嫦娥三號探測器成功在月球上實現(xiàn)軟著陸。

下一步，嫦娥三號的著陸器和巡視器將分離。巡視器（即玉兔號月球車）將在月面上進(jìn)行為期3個月的科學(xué)勘測。筆者從探測器的誕生地——中國航天科技集團(tuán)了解到，為了這驚心動魄的720秒，中國的科技工作者打造了四大利器。

利器一：GNC系統(tǒng)為落月找路

720秒內(nèi)無法人工干預(yù)，探測器落月靠的是基于對月測速、測距和地形識別的GNC系統(tǒng)。嫦娥三號GNC分系統(tǒng)主任設(shè)計師梁俊告訴記者，GNC是制導(dǎo)、導(dǎo)航、控制三個詞的縮寫。導(dǎo)航可以讓探測器知道自己所在的位置，制導(dǎo)可以規(guī)劃路徑，控制就是根據(jù)探測器的位置，按照目標(biāo)完成著陸任務(wù)。GNC具有感知功能，可以“看”到月面的情況，測量到落月過程中探測器的姿態(tài)、速度、與月面的距離等，同時把各種信息匯集到中心計算機(jī)進(jìn)行處理，再根據(jù)事先設(shè)定好的落月要求，對探測器進(jìn)行控制。通過“看見”、測量、計算處理、控制執(zhí)行，來指揮探測器落月。

美國“阿波羅”載人登月計劃中，“阿波羅”是依靠宇航員的眼睛識別月面障礙的。而嫦娥三號是無人軟著陸，因此探測器需要具有自主障礙識別能力。為此，GNC團(tuán)隊研制了激光三維成像敏感器，用來代替人眼，在距離月面較近時獲得待著陸區(qū)域精確的三維高程圖信息，可精確分辨月面上比較小的障礙。同時，在距離月面較遠(yuǎn)時還增加了一個光學(xué)成像敏感器，用于在較大范圍內(nèi)識別較大尺寸的障礙。這樣一套遠(yuǎn)近結(jié)合、粗精并用的接力避障策略，大大提高了著陸的安全性。

GNC系統(tǒng)包括數(shù)十臺單機(jī)、幾十套軟件，研制團(tuán)隊成員大都是博士。為了落月到12分鐘，GNC系統(tǒng)進(jìn)行了上萬次數(shù)學(xué)仿真、成百上千次桌面聯(lián)試，以及模擬月球重力環(huán)境和月表地形地貌，發(fā)動機(jī)點火，與真實的GNC系統(tǒng)相配合進(jìn)行的多次大型地面試驗，這樣的試驗力度“史上空前”。

利器二：發(fā)動機(jī)6萬秒測試只為1200秒飛行

嫦娥三號探測器上一共有29臺發(fā)動機(jī)，其中，“7500牛變推力發(fā)動機(jī)”直接決定著嫦娥三號奔月與落月的成敗，且沒有備份。月球表面沒有空氣，無法使用降落傘等空氣摩擦產(chǎn)生阻力的方式對探測器進(jìn)行減速。因此減速的實現(xiàn)只能依靠變推力發(fā)動機(jī)。

7500牛變推力發(fā)動機(jī)是為嫦娥三號任務(wù)專門研制的。它的難度有多大？據(jù)嫦娥三號推進(jìn)系統(tǒng)主任設(shè)計師金廣明介紹，一般衛(wèi)星的發(fā)動機(jī)最大推力只有490牛(發(fā)動機(jī)推力單位)，神舟系列載人飛船發(fā)動機(jī)的推力也只有2500牛，由此看出7500牛發(fā)動機(jī)絕對是個“大家伙”。它還能根據(jù)預(yù)定設(shè)計，進(jìn)行變推力調(diào)節(jié)，這要求發(fā)動機(jī)必須靈活地調(diào)節(jié)動力，讓探測器平穩(wěn)地落到月面。在擁有巨大推力的同時，還要受重量、結(jié)構(gòu)尺寸等條件限制，工作時產(chǎn)生的大量散熱還不能影響探測器上儀器設(shè)備的正常工作，其設(shè)計難度可想而知。負(fù)責(zé)發(fā)動機(jī)研制的航天集團(tuán)六院院長譚永華告訴記者，該發(fā)動機(jī)的相關(guān)試驗進(jìn)行了100多次，僅點火試驗就累計達(dá)到6萬多秒，就是為了確保它在軌工作的1200秒不出任何問題。

利器三：四條長腿確保落月時“站穩(wěn)”

探測器降落月面時，來自月面的巨大沖擊力將是其安全著陸的最大威脅。美國和前蘇聯(lián)探測器的軟著陸方式主要有三種：氣囊彈跳式、著陸腿式和空中吊車式。而嫦娥三號靠的是四條長腿和四只大腳。

嫦娥三號探測器安裝了四條著陸腿?？蒲腥藛T在“腿骨”內(nèi)部增加了塑性變形吸能材料，在著陸沖擊時能起到很好的吸能和緩沖作用。腿部末端還安裝了臉盆大小的圓形大腳，可以保證著陸器在復(fù)雜的月球表面站穩(wěn)腳跟。其研制人員告訴記者，大量試驗表明，即使探測器落在石塊上，或者一邊腿在石頭上，一邊在坑里，只要傾斜度不超過十幾度，探測器就不會翻倒。在地面試驗場中，嫦娥三號著陸器從初樣到正樣進(jìn)行了近百次模擬試驗。從水平面到十幾度的坡面，著陸器的修長美腿均表現(xiàn)優(yōu)異。

利器四：小小密封圈研制多年

乘坐阿波羅號登月的宇航員曾在回憶錄里這樣描述初登月球時的震撼情景：月亮上沒有風(fēng)，月塵揚(yáng)起后，會長時間懸浮在半空中落不下來。

由于月塵帶有靜電，容易吸附在巡視器表面或侵蝕巡視器的活動部件，因此防塵密封圈就變得格外重要。就是一個小小的密封圈，研制人員足足花費兩年的時間才找到合適的配方。他們對設(shè)計出來的每一種配方都進(jìn)行了高溫壓縮永久變形測試、壓縮耐寒系數(shù)測試、耐熱空氣老化測試等多項測試，通過數(shù)十次試驗，終于確定了配方。由于月塵的直徑不足1毫米，甚至只有幾微米，因此必須把密封圈的尺寸做到恰到好處，松了月塵就會進(jìn)入，緊了就會被磨損，這對工藝與制作能力提出了苛刻的要求。