玉兔二號:月球漫步道阻且長

2020-12-18 中國青年報

月球背面玄武巖覆蓋區域(紅色線條內),白色十字為玉兔二號所在位置。

月球背面大型深坑照片。北京航天飛行控制中心供圖

截至目前,玉兔二號已在月球背面存活400多天,累計行駛裡程405.44米。算下來,這隻「兔子」平均一天才走一米左右,月球上漫步,有那麼難嗎?

月球背面最遠處距離地球40多萬公裡。在這麼遠的地方,隔空操作月球車,可不像在地面上開車那麼容易。簡單來說,北京航天飛行控制中心的「玉兔駕駛員」要讓這隻「兔子」動起來或停下來,一般需要向它下達感知、規劃、執行、休眠、喚醒5個遙操作的指令。

這其中的感知,就是使用玉兔二號的導航相機,對月球進行拍照成像。根據導航相機拍到的照片,地面的「玉兔駕駛員」可以還原出月球表面的數字影像圖,從而判斷出月面地形的具體情況,包括撞擊坑的寬窄、深淺,石塊的大小,距離等信息。

在感知過玉兔二號所處的周圍環境之後,地面的控制人員則要依據月球背面數字影像圖和科學家團隊確定的探測目標點,按照月球車的越障和爬坡能力,規劃出一條玉兔二號能夠安全行駛的路徑,並設定從起點到終點的各個導航點。

這個過程和人類在地面上開車導航類似:在確定目的地之後,根據地圖和所處的周圍環境,規劃出一條最優的抵達路線。

路線確定之後,一切才剛剛開始。

北京航天飛行控制中心的「玉兔駕駛員」——遙操作團隊,要將規劃結果轉換成控制指令,通過地面深空站發送到「鵲橋」中繼星,中繼星再將指令轉發給月球背面的玉兔二號月球車,後者在接到指令後,就會按指令完成移動工作。

不過,在下達每個指令之前,這些「玉兔駕駛員」必須看清遠方的月面態勢,未雨綢繆作長遠打算——在玉兔前行的同時,他們一直心存顧慮,那就是在月面「看得見」的撞擊坑下,隱藏著不少年代久遠的巨大退化撞擊坑。

據一位「玉兔駕駛員」介紹,在玉兔二號第15個月晝工作期間,地面工作人員就遭遇了「戰略大轉移」的挑戰——

從玉兔二號發回的照片和月面高清影像圖對比來看,當時的玉兔二號正好位於兩個直徑分別為16米和9米的大坑中間,控制團隊中的大部分成員建議,繞過16米撞擊坑後一路向西,因為這個方向看上去一馬平川,有人甚至已經開始規划起後續路徑。

玉兔二號副總設計師於天一卻遲遲不肯拍板。他皺著眉頭,盯著影像圖,突然招呼大家圍上來,指著影像圖中當前點西側位置說:「你們看,這片區域左側看上去幽暗,右側則是亮鋥鋥的,這是什麼?這是典型的撞擊坑特徵啊。」

按照他的說法,這個撞擊坑和玉兔二號以前所遇到的不同,這很有可能是一個已經存在億萬年的退化撞擊坑。根據他的要求,地面導航員王鎵將等高線疊加在態勢圖上,很快,在此前大部分人提議的路徑上,一個隱蔽的大坑被勾勒了出來。

「就是它!一個超大型撞擊坑,由於年代久遠,坑沿已經變得難以辨認,內部也被大大小小的隕石撞得千瘡百孔,可謂險象環生。」於天一說,大撞擊坑的東北側,還密密麻麻地排列著諸多小型撞擊坑。玉兔二號一旦走到那裡,就會陷入多個撞擊坑的封鎖,群坑環繞,很可能進去就出不來了。

地麵團隊很快達成一致,行駛策略由「南徵」改為「北戰」,進行「戰略大轉移」。

他們決定讓玉兔向北挺進,先繞過西北側的小型撞擊坑,後續幾個月晝,持續向北,直到繞過超大型撞擊坑後,再改道向西。

很少有人知道,玉兔二號每邁出一步,需要地面的「玉兔駕駛員」付出多少努力。

按照慣例,月晝上午,玉兔二號要向西北方向行走,但在月面影像圖上,地面的「玉兔駕駛員」卻發現西北側有一個撞擊坑:這個坑看上去黑洞洞的,仿佛坍塌的懸崖,讓人望而生畏。

通過全景相機的原始圖像,「玉兔駕駛員」能隱約看到這個撞擊坑。但這個方向的圖光線太晃眼,以致無法看清,他們決定:先讓玉兔向前移動,走近後重新拍下圖片,確認地形。

移動完成後,「玉兔駕駛員」很快拿到了重新感知的導航相機圖像。然而,此時太陽高度較低,而且位於玉兔成像方向的後側。新圖像的西北方向,仍被直射光線和玉兔自身的陰影佔據,「玉兔駕駛員」依然無法看清這片區域。

「如果看不清坑的全貌,就無法探知它的邊界。」一位地面人員說,考慮再三,他們決定等第二天時機合適時,對該區域再次進行全景成像。次日,獲得清晰的圖片,讓他們感到「觸目驚心」——

一個直徑約20米的大型撞擊坑靜靜地躺在那裡,周圍遍布著坑坑窪窪的小型撞擊坑和濺射石塊。幸好沒讓玉兔二號繼續往西北走,否則一旦滑落到坑裡,後果不堪設想。

就這樣,玉兔二號走上了「繞坑之旅」。後續,這隻「兔子」還將繞過西側山脊,向西行進,最終目標是距離著陸點約1.8公裡的「玄武巖」。

在那裡,玉兔二號將探究有關月球背面的更多奧秘。當然,這一路下去,仍是坑石遍布、溝溝坎坎,可能要移動經年累月,然而科學探測的徵途從來是曲折漫長的,已然起航,便無懼艱辛。

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