新華社北京12月1日電（記者 王敏）嫦娥三號探測器，是我國第一個“有有巢氏房屋腿”的航天器，也是中國人首次用來嘗試地外天體軟著陸的航天器。“三姑娘”長什麼樣，與此前的嫦娥一號、二號相比有什麼特點，是如何設計出來的？記者採訪了中國航天科技集團的有關專家。
構型設計——四商務中心腿六輪
據介紹，“三姑娘”有四條腿六個輪子，是著陸器和巡視器（俗稱“月球車”）的組合體。與嫦娥一號、二號不同，嫦娥三號在名稱上不固態硬碟叫衛星而叫器，是我國第一個“有腿”的航天器。
航天科技集團主任設計師楊建中介紹，這樣的組合構型，是由其任務特點決定的。嫦娥三號任務主要有兩個，一是辦公室出租實現月面軟著陸，二是實施月面巡視勘察。這需要它既能落到月面上，還能自主動起來。將任務分解給兩個探測器，有助於加快研製進度。
落月之前，巡視器作為一個載房屋二胎荷被安裝在著陸器上，本身並不工作。整個前期飛行、動力下降以及實施軟著陸過程，都是由著陸器完成的。到月面後，二者互相配合，將巡視器釋放到月面上，成為兩個獨立的探測器，各自在月面開展探測任務。
著陸器包含11個分系統，其中最有特色的當屬著陸緩衝分系統，又集中體現在四條“中國腿”的外形上。據瞭解，其他國家的軟著陸方式主要有三種：一是氣囊彈跳式，二是著陸腿式，三是空中吊車式。每種方案都有優缺點。就嫦娥三號軟著陸任務來講，氣囊式不能滿足重量要求，吊車式又比較複雜，腿式能滿足任務需要，保證著陸的穩定性。綜合之下，嫦娥三號選用了腿式著陸。
巡視器包含8個分系統，其中最有特色的當屬移動分系統。從外形上看，就是巡視器的6個輪子。
中國航天科技集團巡視器副總設計師賈陽介紹，國外巡視器的移動方案主要有三種：履帶式、腿式和輪式。履帶式巡視器就像電影里的機器人瓦力，它最大的優點是壓強小、通過性強，但它的弱點是遇到石塊等容易被卡住不能動彈。腿式巡視器在平緩的地面行走尚可，但控制起來比較複雜，弄不好一下子就坐到地上。輪式則能避免上述方式的缺點。
此外，由於探測器的重量限制，嫦娥三號必須“瘦身”，進行集成化、小型化設計，還必須保證系統的可靠性。只有這樣，才能保證它是一個健壯的探測器。
路徑設計——前所未有
此前，嫦娥一號和二號對到達月球的路徑已經做了先期的成功探索。由於任務需要，嫦娥三號的路徑設計還要在此前基礎上更進一層，且難度和風險大大增強。它要在近月點15公里處進行動力下降，接著實現月面軟著陸，然後再進行月面巡視勘察。
這15公里的動力下降，是以拋物線下降。探測器的相對速度要從1.7公里/秒逐漸減為0，過程主要靠探測器自主來完成，人工干預的可能性幾乎為零。距月面100米處時，探測器還要懸停，對月面進行拍照，避開障礙物，尋找著陸點。
對於地面工程人員來說，這一過程尚屬首次，存在兩大風險。一是關鍵設備都是新研製的，包括GNC系統（制導、導航與控制系統）和我國首台全新的7500牛變推力空間發動機。二是軟著陸區域的地形地貌存在一定程度的不確定性。
等到探測器在月面實現軟著陸後，著陸器和巡視器還要進行分離，實現互相拍攝。著陸器基本固定在一個位置，巡視器則需要從著陸器上“走”下來，進行月面巡視勘察。在月面路徑中，還涉及到“地面遙操作”和“巡視器自主控制”相結合的技術手段。
除了地面遙操作外，巡視器也可以利用計算機，對圖像進行處理、識別障礙，規划出相對較近的局部路徑，控制自身的移動。這時候，巡視器就是一個自主移動的機器人了。
功能設計——確保月面生存
不同於地球，月球錶面晝夜溫差較大，溫度高時有120攝氏度，溫度低時在零下180攝氏度。而且，月球的晝夜交替周期也較長，這給“三姑娘”的月面生存帶來了很大的難度。
中國航天科技集團著陸器熱控分系統主任設計師劉自軍用“蓋被子”“生爐子”和“開空調”等熟知的概念解釋熱控設計。嫦娥三號上有一個多層隔熱組件，也就是所謂的“被子”，可以雙向隔熱，外部高溫時候熱量不能往裡傳，外部寒冷時候裡面熱量不能往外漏。
寒冷時“三姑娘”還得“生爐子”。“爐子”主要是同位素核源，它能夠持續放熱。設計師們還設計了重力驅動的兩項流體迴路，在需要的時候將熱量導入艙內，不需要的時候切斷傳熱途徑。
到了月晝時，虹灣溫度迅速升高至90攝氏度，在月球錶面，散熱的方式只有熱輻射。設計師們在探測器上精心設計了幾個散熱面，可以把設備發出的熱量散出去。
有了這些手段和方法，“三姑娘”便能很好地保護自我，在月面上生存下來，從而用攜帶的科學載荷進行工作。目前，著陸器主要攜帶了極紫外相機、月基望遠鏡、地形地貌相機，還有一些對月面、月塵進行測量的工程載荷。巡視器主要攜帶了測月雷達、全景相機、紅外光譜儀和粒子激發X射線譜儀，開展相應的科學探測任務。通過它們，科學家們將為後續的月球探測積累數據，普通百姓也可以更好地認識宇宙。 （原標題：素描“三姑娘”——嫦娥三號是如何設計出來的？）
全站熱搜
留言列表
