嫦娥二號拍攝的月面虹灣區已為嫦娥三號任務打好前站
嫦娥三號即將降落的月面虹灣區此前已由嫦娥二號進行了探測,打好了前站。
【嫦娥奔月】看點
◎今天凌晨,“嫦娥三姑娘”奔赴太空,目的地只有一個,月球。時隔37年,月球將再度與來自地球的落月探測器“零距離”接觸。嫦娥三號有哪些難點與亮點?將在月球上如何工作?京華時報專訪北京大學地球與空間科學學院教授焦維新。
看點1 如何落月
仔細勘察降落點防止摔壞月球車
京華時報:這次任務您最關注哪一點?
焦維新:這次的關注焦點就是落,也是最核心的內容。要實現落月,首先就要被月球捕獲,從地球飛過去,如果速度比較快,又離月球比較遠的話,到月球附近的“勢力范圍”后,它只是讓你拐個彎,又飛到其他地方去了,如果離月球太近又可能直接撞上去,所以速度要合適,而且靠近月球時要減速、剎車,被月球的引力場捕獲,變成它的衛星。
落月是嫦娥三號的看點,能否安全、準確落到指定地點是工程一大技術難點。因為月球沒有空氣,不能用降落傘,只能用反沖火箭減速,發動機在多高的位置點火,多高的位置關機,都進行過仔細設計,實際過程中能否按設計的程序進行,就是對任務的考驗。
京華時報:整個落月過程反沖發動機一直處于點火狀態?
焦維新:不是的,接到落月指令后,嫦娥三號從近月點約15公里高處開始自由下落,反沖發動機不點火,當下落到一定高度,一般是2公里左右的時候,反沖發動機才點火,讓下落速度慢下來,再降到一定高度,約100米左右的位置還要懸停,對著陸點的情況進行仔細勘察,看有沒有大石塊、隕石坑,坡度怎么樣,如果比較安全就繼續下落,如果不太安全,周圍還有更安全的地方,就進行平行移動,到大概4米左右,反沖發動機就關機了,探測器自由下落,幾個腿都是有彈性的,有著陸緩沖機構,落地時不至于摔壞。
反沖發動機如果一直點火的話,噴氣會噴起月壤,粘到照相機表面上,另外一些煙塵還可能進到儀器里面,影響工作。
看點2 行走路徑
月球車行走路徑地面可實時控制
京華時報:月球車與著陸器分離難在哪里?
焦維新:我認為不屬于難點,原來月球車在著陸器上是鎖定的,著陸器落地后放出一個梯子來,讓月球車沿著梯子走到月球表面,這些在地球上都反復演練過,只要可靠性比較高的話,就不會有問題。
京華時報:月球車在月面行走的路徑是設定好的嗎?
焦維新:走的軌道都是設計好的,在地面上對這個地方已經進行過成像,根據這個為月球車設定了路徑,但月球車抵達月球后,通過傳回地球的信息,可以隨時為它注入新的程序,改變行走的方向、探測的目標等。
看點3 能做什么
虹灣區從未探及過月壤中或有新發現
京華時報:嫦娥三號攜帶了哪些儀器到月球工作?有什么亮點?
焦維新:帶了很多東西,比如月基天文望遠鏡,落到月表后可看宇宙空間,進行空間的天文觀測。還攜帶了雷達,邊走邊往地下發射電磁波,通過分析回波特征進行剖面測量,如月壤的厚度,看哪部分有石頭,是不是有鐵礦等,還能測量一定深度的結構,了解月球內部,這是一個創意,以前蘇聯的月球車沒有安排過這樣的設備。
京華時報:月壤成分、巖石組成等這些其他國家探測器也曾探測過,嫦娥三號有什么不同呢?
焦維新:月壤成分、巖石中含有的成分、月球表面結構等都是落月探測的基本參數,國外也做過,到了月球上都會測。但月球上的礦石不是到處都有,每個地區都有所不同,嫦娥三號抵達的虹灣區之前沒有考察過,所以地區不同,完全有可能發現在月球其他地區未發現過的成分。
看點4 壽命多久
中國首個“核電源”壽命達一年可延長
京華時報:嫦娥三號是中國首個帶核電源的探測器?
焦維新:這是我國探測器首次使用核電源,確切的名稱叫做“放射性同位素熱電電源”,利用放射性元素自然衰變過程中產生的能量,把熱量轉換成電能。
月球環境非常惡劣,不僅溫差大,而且晝夜間隔長,在這么一個漫長黑夜里要保證儀器不被凍壞,就要靠核電源。在夜間,大部分儀器可能就不工作了,但有些重要的核心的東西還要供電,比如要和地面保持通信聯絡,要監控自身狀態,否則就杳無音訊了。白天被喚醒后,太陽能帆板繼續工作,就再按計劃行走,探測。
京華時報:嫦娥三號能在月球工作多長時間?
焦維新:月球車的設計壽命約3個月,著陸器的壽命約一年,如果順利的話也有可能延長。我們說的設計壽命是要保障的最低壽命,如果電源系統、儀器等都能正常工作,就可以一直用下去,直到用完為止。
看點5 精彩后續
嫦娥五號有去有回要等長征五號送行
京華時報:嫦娥四號與肩負返回任務的嫦娥五號與嫦娥三號任務有什么不同?
焦維新:如果嫦三進展順利的話,嫦四可能在2015年左右發射。嫦娥四號任務與三號差不多,關鍵也是實現月球軟著陸,但著陸點會另選。
嫦娥五號任務估計在2017年左右。其實探月每一步都為后一步打下基礎。要有去有回,難度可就大了,需要大推力火箭,又要能深空對接,導航、定位等技術都得上一個新臺階。
嫦五月球車還要伸出手來,在周圍取月球樣品,密封保存好,放進上升容器里。登月艙下半部分就是一個小型火箭發射平臺,攜帶上升級點火起飛,進入環月軌道,跟軌道器交會對接,然后軌道器發動機點火,一起離開月球,回到地球,帶回樣品。
和落月任務相比,因為增加了上升級,所以登月艙比單純落月的要大得多,軌道器要攜帶取樣容器返回,增加了對接裝置和燃料,就要用重型運載火箭,在役的火箭都無法勝任,要等長征五號。
