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揭秘月球车玉兔的残酷月球“生存攻略”_4

  44年前,阿姆斯特朗在遥远月球迈出人类一大步。时至今日,他那张泛黄的老照片还经历着一场戏剧性的真假风波。关于月球,探索或是争议,人类从未停止向它靠近。

  那么这一回,是时候轮到你屏住呼吸了。带着嫦娥奔月的美丽愿景,透过现代化的通讯设备,我们和月球之间的距离从未如此之近。

  在嫦娥三号发射前夕,媒体专访了中国航天科工集团公司二院研究员杨宇光,杨宇光讲述这台月球探测器神奇而有趣的秘密。

  残酷月球生存攻略

  从嫦娥一号到嫦娥二号,镶嵌在浩瀚宇宙中的月球仍是可望而不可及,关于它的诸多谜题有待解开。嫦娥三号被委以重任,揭开这层神秘而又万众瞩目的面纱。

月球车玉兔

  2008年,嫦娥三号计划正式启动。5年间,为了备战发射这一刻,它反复模拟、试验,因为月球的生存环境远比地球残酷。

  月球表面的温度条件比地面苛刻得多。在那里,低温和高温的范围达到零下175摄氏度到零上120摄氏度。杨宇光说,由于月球自转周期为近一个月,月球上的一个夜晚就长达十几天。

  长期以来,月球的巨大温差成为摆在全球探月者面前的一道难题。嫦娥三号携带的月球车玉兔号的各项地面试验中,最为重要的就是热真空试验模拟月面环境和工作周期的各种温度循环。

  对于人类所有月面探测器而言,热设计都是出行前的关键环节。如俄罗斯早年的月球车Lunokhod,就在月夜期间将帆板收拢起来保温。杨宇光认为,目前来看,使用同位素能源是深空低温环境下探测器的普遍配置,名声赫赫的旅行者一号、好奇号火星车等都在使用。

  在月球,另一个严苛的条件就是空间辐射。在近地轨道附近,由于有地球磁场的保护,像空间站和神舟飞船这样的飞行器不会遭受太严重的辐射。但在远离地球磁场的月球表面,来自太阳和银河系的辐射中的高能粒子会给嫦娥三号的电子设备带来很多严重问题。为了避免过度辐射,嫦娥三号在硬件上进行了加固,从软件上也采取了各种冗余措施加以防范。杨宇光说。

  装备齐全能力过人

  在漫长的飞行后,嫦娥三号将实现中国对地外天体的首次软着陆,就此开启真正的月球之旅,它浑身的精密装备也将大展拳脚。

月球车玉兔

  软着陆,顾名思义,嫦娥三号并不会奋不顾身地投奔月球,而是慢慢地停下,每一步都经过了科学的考量。

  月球从一开始就给了嫦娥三号考验,软着陆是一个充满惊险的过程。首先这是一个消耗燃料非常大的过程。月球车在悬停、避障时,需要对月面的地形、障碍物进行辨识,避开不利于垂直着陆的陡峭地形和大型的岩石等突出物。杨宇光说。

  由于地月之间有38万公里的距离,无线电波走个来回也要2秒多,软着陆的过程来不及由地面指令控制,需要完全靠计算机判断,并且不可能完全预测。

  最刺激的是在最后落月的瞬间。减速用的发动机并不是一直工作到降落,而是在距离月面还有一定高度时就停止工作,但已经将速度减到很低。最后嫦娥三号用很短的时间掉下去,但因为速度很低,时间很短,所以不会产生大的冲击,也不会造成损坏。

  这个过程中的关键设备就是月面到嫦娥三号之间高度的测量,我们使用了与神舟飞船着陆类似的技术,也就是用伽玛射线发射到月面,用探测器探测反射的伽玛射线来确定高度。只有精确测量这个高度,由此计算出落月速度,才能实现最后的精确关机。杨宇光说。

  落月后,嫦娥三号将开始漫长的月球之旅,期间陪同它探秘的还有在世界上首次进行科学探测的近紫外光学望远镜、极紫外相机和测月雷达。

  杨宇光认为,测月雷达的意义非常大,因为过去没有能够探测如此深度的月面巡视器。我们所说的月面的氦-3资源可用于将来的受控核聚变以解决人类的能源问题,就存在于这个深度范围内。

  月球基本没有大气,长期遭受宇宙辐射和各种粒子的沉积,因此研究月壤的结构不但有助于研究月球本身的演化历史,还可能发现有关太阳系形成历史的有用证据,甚至能帮助人类预测地球、月球和太阳系今后的演化,以便及早做出安排。

  近紫外望远镜安装在玉兔号月球车的母舱着陆器上。这对于月基天文学来说是开创性的,因为月面的观测条件远比地球表面好,而着陆器的稳定性也优于地球轨道附近的天文望远镜。

  另外,嫦娥三号的遥测系统,可以将相机、雷达获得的图像、数据转换成电信号,利用遥测系统的发射机通过无线电波传回地面。嫦娥三号本身不可能将样本带回,由于重量原因也没有好奇号那样可进行各种详细分析的实验室,但可以对月壤、月岩的采样进行初步的分析。

  载入登月史册

  嫦娥三号无疑将在我国绕、落、回三步走的探月计划中,写下浓重的一笔,开启一道厚重的探月之门。它将被载入人类的登月史册。

  在此之前,同样被铭记的还有美国阿波罗月球车和前苏联月球车。在嫦娥三号还未真正露面之前,它就已经频频与这两位前辈相提并论。

  阿波罗是有人驾驶的月球车,不要求自动化,且时间很短,单从月面巡视技术本身的角度来讲难度不大。所以虽然行动范围很大,但不能说明技术就更高。苏联月球车要靠地面团队遥控,两个月球车任务都专门组织了地面团队进行操控,在70年代对无人探测器来说难度非常大。

  杨宇光说,玉兔号月面巡视器的构造与目前美、欧设计制造的大部分天体表面巡视器的构型是类似的。都采用六轮结构,这对于依靠自主运行的月球车,保障其可靠行进来说是比较稳妥的选择。能源系统采用太阳能电池板和蓄电池,不但为驱动车轮行进和科学探测仪器提供能源,也为月夜期间保温提供保障。前端臂杆上安装的相机,在行进过程中需要进行图像识别,相当于行进过程中的左右眼。

  在嫦娥三号之后,就要实施第三步的采样返回计划。那时的探测器不但需要着陆器,还要有能够将月壤、月岩样品带回来的返回舱,以及让返回舱飞离月面并准确返回降落的推进系统。整个探测器将比嫦娥三号大得多,要靠未来在海南发射的长征五号运载火箭才能发射。

  杨宇光告诉记者,绕、落、回这三步,对于整个探月来说都属于探、登、驻这三大步中的第一步探。第二步登就要实施载人登月计划,这需要低轨道运载能力达到一百吨级的巨型运载火箭,可实施深空任务的载人飞船,以及载人的登月舱。这将是非常宏大的巨型工程项目。

  在载人登月之后,第三大步驻是指建立长期驻留的月球基地。那时的探月活动将从探测阶段进入到应用阶段。也许会产生更多的直接经济效益。但目前还没有解决月球长期驻留、地月往返的经济性等关键问题。

  虽然嫦娥三号设计任务是90天,但因为航天飞行任务都根据一些不确定因素而留有余量,因此我们大可期待它运行更长时间、更广范围。

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