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“嫦娥三号”今晚在月球虹湾区软着陆 |
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导航敏感器指挥将有“黑色720秒” |
嫦娥落月，即将在今（12月14日）晚9点多上演。由着陆器和“玉兔”号月球车组成的“嫦娥三号”预计将于今晚在月球虹湾区软着陆，这将是此次嫦娥三号任务最大的看点。明晚，月球车要和着陆器“说再见”，两器分离后，月球车将在月面进行为期3个月的app勘测，着陆器则不会“挪窝”，在着陆区原地探测。
在整个落月过程中，嫦娥将经历与地球失去联系的黑色720秒，这段时间里，着陆器导航与控制系统的敏感器，将充当“大脑”，指挥着陆器平稳降落。
为何绕了8天才落月？
嫦娥三号于本月2日发射升空，于6日进入高度为100公里的环月圆轨道。对于已近在咫尺的月球，嫦娥三号为何还要绕飞8天后才着陆？据专家介绍，这主要由落月时间和区域决定。一方面，为能在高温到来前完成月球车与着陆器分离，嫦娥三号须在月球的上午着陆，这就限制决定它要多飞几天；另一方面，嫦娥三号此前并不在着陆区虹湾所在轨道面内，而要等到月球转至虹湾区时才降落。
落月全程12分钟
据悉，嫦娥三号将在近月点15公里处以抛物线轨迹下降，相对速度从每秒1.7公里逐渐降为零。过程经过主减速、快速调整、接近、悬停、避障和减速下降等阶段，实现在月球虹湾区的软着陆。整个过程大概需要12分钟。
具体来说，由于月球表面几乎没有大气层，不能利用降落伞降落，为了减缓嫦娥三号的降落速度，着陆器底部的发动机反推着陆器。当着陆器降落至距离月面100米高度时，悬停在空中，着陆器下方的降落相机充当眼睛的作用，着陆器根据其拍摄到的月面信息，再平移到平缓的区域，垂直下降，但仍然需要用发动机反推，降低下降的速度。
当着陆器降落到距离月表4米高度时，着陆器悬停在空中，关闭反推发动机，着陆器以初速度为0的自由落体方式降落，并将腿部支架扎进土层。
如果一切顺利，“嫦娥”所带的降落相机将记录明升中国航天器首次地外天体软着陆的精彩瞬间。
难关1
能否及时“刹车”准确降落
好比在高速路上飞驰的汽车，速度慢了耽误时间，速度太快又不能及时刹车，错过了目的地，或者一头撞上去，都不能完成任务。能否在指定的月球虹湾区域准确落下，是嫦娥三号探测器实施软着陆首先面临的难题。
在嫦娥“三姑娘”之前，嫦娥一号和嫦娥二号两姐妹已解决了绕月飞行的技术问题。这一次，嫦娥“三姑娘”则要解决绕月成功后，能不能在指定区域落下来的问题。
在人类探测器软着陆月球的历史中，就有过没能“刹住车”的先例，比如美国1962年发射的徘徊者3号，从距月球36793千米处飞过，“刹车”失败。
所以，嫦娥三号的“刹车”时间是否合适、远近距离是否准确，都是此次任务的技术难点和关键。为此，北京飞控中心已做了充分的准备。
着陆是探月最难一环
难关2
下降过程嫦娥完全自主
落月过程中，要实时测量探测器运动的速度、高度，随时调整，而且月面地形地貌很复杂，还要寻找安全的着陆区等，“这些工作都要在很短的时间内完成，而且完全靠探测器自主完成，所以自主导航控制是个难点。”嫦娥三号探测器系统总设计师孙泽洲说。
15公里开始的“动力下降”阶段，被业内人士形容为最惊心的环节，也称黑色720秒。嫦娥三号要完全依靠自主导航控制，完成降低高度、确定着陆点、实施软着陆等关键动作，人工干预的可能性几乎为零。“在这个时段内，测控都跟不上了，只能事先把程序设定好。”嫦娥三号探测器系统副总指挥谭梅表示。
着陆器GNC（制导导航与控制）系统设计了专门的敏感器，进行对月测速、测距和地形识别，确保探测器在着陆段自主制导、导航与控制。
难关3
真空下降落能否顺利减速
月球上没有大气，这就决定了月面着陆与地球着陆方式完全不同，它是真空状态下的软着陆。
“没有大气也就意味着不能利用空气摩擦实现减速。嫦娥三号探测器要实现月面安全软着陆，传统火箭发动机和推进系统无法完成这一任务。因为在月球这一无大气天体表面进行的软着陆机动飞行中，传统发动机无法实现推力的变化。”孙泽洲说。
为此次任务新研制的7500牛变推力发动机，能够进行连续可调节变推力，进而对嫦娥三号实现精准控制，很好地解决了这一难题。但由于是首次研制和使用，7500牛变推力发动机最终的表现如何，还有待实践的考验。
难关4
落月点小环境未知风险大
嫦娥三号着陆地点，选在较为平坦的虹湾区域。但最终的落月点选择，仍存在一定难度。
“月球表面从宏观的方面来说相对还是比较平坦的，但小范围，比如50米×50米或者10米×10米的小环境，它的地形地貌是什么样子，我们不是很清楚，也不知道最终会降落到什么地方，这对我们而言是一个很大的考验。尽管采取了很多措施，但风险还是比较大，因为那里的月石、月坑很多，可能碰到石头，也可能碰到壕沟，这些情况都可能存在。”吴伟仁说。
难关5
着陆冲击力或让嫦娥跌倒
当探测器着陆在月面时，着陆器撞击月面会形成较大的冲击力，这可能造成探测器出现翻倒的情况。在美苏以往的月球探测器软着陆历史中，发生过“软着陆”变“硬着陆”的情况，比如苏联1965年发射的月球8号就是撞击了月面，软着陆失败。
另外，着陆器落在月球会激扬起月尘，月球尘埃如果附着于探测器表面，能引起光学系统灵敏度下降、机械结构卡死等故障。同时由于月球表面覆盖着一层松软且崎岖不平的月壤，这些都给着陆带来了困难。
对此，研制团队充分考虑了月壤物理力学特性对着陆冲击、稳定性的影响以及月尘的理化特性等，采用特殊的材料、设计和工艺，研制出全新的着陆缓冲系统，解决上述难题，确保探测器实施软着陆过程中，在一定姿态范围内不翻倒、不陷落，并为探测器工作提供牢固的支撑。
据了解，着陆器底下四个金属腿型结构将起到缓冲作用。着陆器还设有缓冲拉伸杆，也是缓冲吸能部件，主要任务是吸收着陆时的冲击力。
探测器的着陆缓冲机构能否经受住考验，今晚将见分晓。 （原标题《嫦娥落月须闯“五关”》）
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