嫦娥三號月球著陸器技術創新多 裝備核電池

2020-11-29 騰訊網

嫦娥三號月球軟著陸器與月球車模型

資料圖：探月三期工程的嫦娥五號將獨立完成月球登陸採樣返回三步，堪稱濃縮版阿波羅飛船，圖為嫦娥五號模型，上面的就是返回艙

資料圖：美國阿波羅飛船的指令艙、登月艙結合體，20世紀60年代靠人類完成的任務，如今靠無人設備也能做到

資料圖：美國近年來的三代火星車勇氣/機遇號、探路者號和好奇號的尺寸對比

騰訊軍事訊 2012年11月舉辦的第九屆珠海航展上，中國航天科技集團展出了將在明年擇機發射的嫦娥三號軟著陸探測器，它不僅將是我國發射的第一個地外軟著陸探測器和巡視器(月球車)，還是阿波羅計劃結束後重返月球的第一個軟著陸探測器。

2004年中央正式批准月球探測工程立項，我國探月工程實施「繞」、「落」、「回」的三步走戰略，第一步的繞月探測器已經通過嫦娥一號探測器圓滿完成，第二步已經發射嫦娥二號作為先導星，並將通過嫦娥三號和嫦娥四號月球軟著陸探測器完成軟著陸落月，第三步則要發射月面取樣返回的嫦娥五號探測器。

2007年發射的嫦娥一號月球探測器實現了我國首次環月飛行，並繪製了我國首幅月面全圖，目前已經完成任務撞月。2010年發射的嫦娥二號月球探測器則有更多攻擊，它作為探月工程二期技術驗證的先導星，驗證了探月工程二期的部分關鍵技術，包括地球轉移軌道直接發射技術、100公裡高度近月制動的月球軌道捕獲技術、和降落相機技術，增加了X頻段測繪能力並試驗了更高速度的數據傳輸技術。嫦娥二號探測器還對探月二期工程軟著陸探測器預定著陸的虹灣區域拍攝了大量高精度的圖片，供探月工程二期的軟著陸探測器選擇著陸點。嫦娥二號探測器還進行了擴展試驗，在世界上首次實現從環月軌道轉移到日地第二拉格朗日點(S/E L2)，目前它已經離開L2點，正在飛向4179號小行星並將與之交會進行抵近觀測。

探月工程二期按計劃將發射嫦娥三號和嫦娥四號兩個軟著陸探測器，它們均為著陸器和巡視器的組合體，其中巡視器位於著陸器頂端，著陸探測器有四條腿用於著陸的緩衝，而自動巡視器有六個輪子用於月面行駛。嫦娥三號探測器的著陸器需要掌握著陸自主導航控制、著陸變推力推進系統、著陸緩衝系統、月面生存熱控系統等關鍵技術，自動巡視器需要攻克自主導航巡視、月面生存熱控系統等關鍵技術，具有很高的技術難度。我國探月工程三期將發射更加複雜的嫦娥五號採樣返回探測，它將是我國第一個從地外天地採樣返回的的探測器，需要突破月面採樣封裝、月面起飛、月球軌道交會對接、高速再入返回地球等新的一系列關鍵技術。嫦娥五號主要包括軌道器、著陸器、上升器、返回器等四個主要部分，通過關鍵的環月軌道交會對接，實現了攜帶重達2千克的月壤樣品返回地球的目標，從技術上說嫦娥五號探測器堪稱一個無人版的阿波羅飛船。

探月工程目前進入了二期階段，明年將發射的嫦娥三號探測器無疑成為眾人矚目的焦點。嫦娥三號探測器的總質量約3.5噸，將使用我國運載能力最大的長徵三號乙火箭發射，打入直接奔月軌道，並在月面100公裡高度制動進行月球軌道捕獲，隨後降低到100X15公裡軌道，並最後在15公裡高度開始月面軟著陸。

嫦娥三號探測器研製的一個核心難點，是探測器軟著陸的變推力發動機和著陸過程中使用的制導、導航和控制(GNC)技術。嫦娥三號探測器著陸過程自15公裡高度開始，15公裡到2公裡高度完成主減速和姿態調整，2公裡到100米高度緩慢下降，識別並避開大的月面障礙，100米到4米高度開始規避小的月面障礙，緩慢下降到4米高度之後開始自由下落。落月過程中嫦娥三號探測器的發動機推力變化很大，傳統發動機無法達到所需的深度節流能力，我國為探測二期專門研製了1500~7500牛的變推力發動機，它已經完成關鍵技術攻關和產品研製，並通過了地面試驗驗證，除了用於軟著陸，還將用於奔月過程中的軌道修正和進入月球軌道的軌道制動。嫦娥三號探測器任務著陸過程時間短、推進劑消耗大，還要求自動避障以提高著陸的安全性，與我國已有的太空飛行器的GNC區別很大。嫦娥三號除了使用嫦娥二號已經驗證的降落相機，還將增加測距測速雷達和雷射測距儀。從自由下落的設計看，很可能也使用了蘇聯Luna系列軟著陸探測器的γ射線測高計。

不同於嫦娥一號時過於保守，導致科學載荷技術落後性能不足的遺憾，嫦娥三號雖然是我國第一個地外軟著陸探測器，但憑藉前兩顆探測器尤其是嫦娥二號這顆先導星積累的經驗，大膽開拓創新進行了不少創新性的嘗試。嫦娥三號探測器的著陸器上攜帶了近紫外月基天文望遠鏡、極紫外相機，在巡視器上攜帶了測月雷達，都是世界月球探測史上的創舉。月基天文望遠鏡將對重要天體的光變進行長期連續監測並對低銀道帶進行巡天觀測，由於近紫外月面天文望遠鏡的獨創性，2012年9月國際月球觀測臺協會(ILOA)和中國國家天文臺(NAOC)籤訂協議，共享嫦娥三號近紫外望遠鏡和谷歌月球探月競賽(Google Luna X Prize)中ILO-X探測器的銀河系圖片數據，這將是中美近年來在航天領域的首次合作。嫦娥三號探測器攜帶了一臺極紫外相機，對地球周圍的等離子體層進行全方位的長期觀測。嫦娥三號探測器還將在月球表現實現無人月面著陸器和自動巡視車的聯合探測，自動巡視器底部將安裝一部超寬帶毫微秒脈衝雷達，用於直接探測30米內月壤結構和數百米深度的淺層月殼結構。

對於中國航天來說，嫦娥三號探測器將是我國首次獲得月球降落和巡視區的地形地貌和地質構造，還是我國探測器首次實現月夜生存。嫦娥三號的著陸器具有1年的設計壽命，而巡視器具有3個月的設計壽命，要在月球上度過14天左右的漫漫長夜和白晝，探測器使用了同位素溫差電池(RTG)，這也是不久前成功著陸火星的美國「好奇」火星探測器的選擇，而14天的白晝極高溫下保證艙內正常工作溫度，探測器還需要進行複雜的溫控設計。嫦娥三號探測器還將使用佳木斯和喀什的64米和35米直徑S/X雙頻段地面深空站，使用X頻段執行深空測控任務。嫦娥三號探測器不僅在概念上創造了數個國際和國內的第一，而且作為中國航天深空探測領域技術發展和探索的裡程碑，將具有十分重要的意義。（松鼠）

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