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嫦娥之父揭秘探月细节

2013-12-02  秋时山人   |  转藏
   

                嫦娥之父揭秘探月细节

 

嫦娥三号就将携带玉兔奔向月球并完美落月,实现我国千百年来从月球看天文的梦想。而嫦娥玉兔将如何在月面开展工作?它们会面临什么困难?又将带给我们什么亮点和惊喜?成为人们最为关心的问题。

被誉为嫦娥之父的中国月球探测工程首席科学家欧阳自远,就此进行了一一详解。此外,人们普遍认为在落月过程中会出现黑障区,欧阳自远也对此做出了新的解释。

探月战略18年前已提出

早在1995年,嫦娥三号探测的战略就已基本确定。欧阳自远表示,在1999年至2000年间经过多次讨论,终于确定了中国月球探测分为三个大阶段,即不载人月球探测阶段、载人登月阶段、建立月球基地阶段,创造可供人居住、生活、工作、实验的条件,浓缩起来就是”“”“

其中,第一阶段无人月球探测,又分为三步走:第一步就是要到月亮上去,通过发射月球卫星,整体全面地,哪怕是粗略地了解月球。

中国人从来没有真正脱离过地球,不管是发射了100多颗卫星还是载人航天器都是被地球控制着,绕地球转动。而嫦娥一号不同,它脱离了地球到达了另一个天体。

第二步称为落月探测,主要是做一些精细探测,就是此次嫦娥三号肩负的任务。

无人月球探测的第三步是取样返回,卫星不光要飞到月球,还要自动回来。发射小型采样返回舱,进行就位勘察,采集关键性月球样品返回地球,进行系统深入研究。

玉兔拍摄范围还没海淀区大

所有国家的月球车都选择在月球正面着落,这是因为可以保证观测清晰和信号通畅。

例如此次嫦娥三号将在月球虹湾区着陆,虹湾区地处月球的北半球、西半球,是在月球正面的雨海的西北角。欧阳自远解释说,月球正面其实就是月球朝向地球的这一面,月球自转一周及绕地球一周的周期约为28天,地球上的人永远只能看到月亮的一半。

嫦娥落月后,玉兔就从中驶出,开始逐一完成它的使命了。玉兔在登月后的主要任务就是探测月球土壤、地下结构等。玉兔的运动速度很慢,时速约200米。因此当月球车从着陆器上出来后,其实也走不了多远,拍摄下的区域还没有海淀区(全区面积430.8平方公里)大。

玉兔的探测工作主要是通过下面安装的雷达,一边走一边探测月面及月面下,不但可以研究月球表面的化学成分、矿物质,还可以分析土壤地下结构是怎样的、未来资源状态等,这都是其他国家没做过的。

此外,月球车上安装有粒子激发X射线谱仪,目的是为了做化学成分分析,而红外光谱仪则是测月壤矿物的,可以大概猜到这一区域月表的年龄历史等。据欧阳自远介绍,过去全世界做了120次月球探测,但要么是着陆器下去,要么是月球车下去。而像嫦娥三号这样,月球车和巡视探测相结合的联合探测是别人没做过的。

欧阳自远表示,由于月球土壤裸露多年,形成了约10米左右的土壤层,土壤资源是很丰富的。

但他遗憾地表示,这次嫦娥三号不能带太多仪器上去,因此并没有采样功能,只能进行初步的测定分析。因此,进一步细致研究的任务就留给了肩负取样任务的嫦娥五号了,到时候嫦娥五号将会选择新的地区进行新的探索取样,一定不会再是虹湾区了,取回后全国将分工、开放地对样品进行研究实验。

玉兔三大工作观天看地测月

玉兔最大的亮点是将完成科学上的三件事,即观天、看地、测月。过去,从来没人单独做过这些研究,更别说是联合探究。欧阳自远表示:从月球看天文是全世界梦寐以求的,嫦娥一号及嫦娥二号是卫星,是从天上拍,表明中国人有能力到达月球,而嫦娥三号则是落月,是在月面上拍,可以证明我们有能力安全着陆了,这在技术上是一大进步。

为完成观天任务,嫦娥三号也是带着秘密武器登月。安装在嫦娥三号着陆器上的月基天文观测仪不需要进行大气矫正、电离层矫正等,就可以获取清晰、分辨率高的图像。

此外,玉兔要做的第二件事就是看地。月球上一天是地球上的一个月,月亮上的一个白天就相当于地球上的14天多,因此,在月亮上一个白天相当于连续看地球十四五圈儿。通过看地,可以看到地球等离子体层密度变化,这可以反映出地球环境变化。此外,通过看地分析出全球土壤层厚度、晨昏线环境变化等是卫星很难做到的。因为卫星一般来讲都是在地球外面一圈圈飞,并不能及时飞到需要观测的地区去,提供需要的画面。

玉兔将完成的第三个工作就是测月,这也是一大亮点,即在月球车上做次表层土壤层结构分析。虽然我们选择哪里着陆都可以,但对虹湾区进行测月是没做过的。着陆器上还有仪器测土壤、矿物质等。

欧阳自远透露:别看现在几大有效载荷分工清晰,我们花了两三年的时间才定下来这些仪器。因为设计很困难,没有完全的把握。

嫦娥三号将在月球软着陆

据欧阳自远解释,嫦娥三号在工程上的最大难点无疑是软着陆。虽然嫦娥一号也是着陆,但是撞得粉碎,是硬着陆。此次不但要求嫦娥三号软着陆,还要在月面干活,这就是双重任务。

由于月球是真空的,在嫦娥三号降落时的最大难点就是不能用降落伞。欧阳自远解释,一个东西掉下来是有重力加速度的,速度本身就很快,地球上1秒增加9.8米,而月球虽然引力小但也一样,因此需要很多发动机安装在着陆器上。反推装置可以让嫦娥三号一边往上推一边往下掉。

嫦娥三号到了距月球100米的时候将悬停,找好地方,着陆器下面的相机会告诉它需要挪向哪里、如何平移等等。这时,计算机再告诉着陆器可以下降了。等到了4米高时悬停,随后开始自由落体掉下。着陆器的4条腿插在地上调整好后,月球车就走出来开始充电调整,并开始行走。

嫦娥三号的另一技术难点就是过夜。月球真空温度低达零下180℃,而地球最多零下四五十度。电子学仪器需要保温到零下40℃以上才不会损坏。

然而,加温需要热源,而相当于地球14天的月夜没有太阳,漆黑一片。这时候就需要核电池,它可以在月球工作几十年。未来我国去火星或更远的地方,基本上都要使用核电池。

嫦娥三号不会遇到黑障区

欧阳自远解释,有人认为嫦娥三号在落月过程中会出现信号中断的黑障区,其实这是概念上的错误。黑障区只有通过大气层才会有,但月球是真空的,飞往月球过程中并不会出现黑障区。例如,神十在返回地球的时候,因为速度极快,燃烧的高温才能使通讯信号中断。

当然,嫦娥三号在落月过程中确实会出现一个阶段信号消失的情况,但这和黑障区是两个概念。在某一时段,由于距离远,加之月球地形特殊,因此短时间看不见嫦娥三号是正常的。这段时间,嫦娥三号只能依靠自己的计算机信号来判定落月轨道。目前从国际上来看,其他国家也都差不多,这段无信号时间的长短主要是看落月的角度设计,但这对结果并无太大影响,关键是看测控能力。

落月点要求精密才不会掉进月坑

目前我国对月球的认知还停留在美国阿波罗计划成果的基础上。欧阳自远坦言,当时阿波罗采回了6个地区的样品,我国的科研人员都是在这个基础框架上继续研究的。

每个国家研究内容方向不同,因此也有些新的发现。此外,嫦娥一号拍摄的全月影像图也对全世界月球的认知起到很大的影响,现在也有很多国家想要。全月影像图无空隙全覆盖拼接,色调一致,因为不同天数、时间段太阳照射情况不一样,因此色调一致是很难得的。此外,我国的全月图完全按照测绘要求编制,变形最小。

嫦娥二号作为嫦娥三号的先导星,为保障嫦娥三号得安全,不至于掉到大的月坑里,已经用CCD立体相机对虹湾地区进行了局域超高分辨率立体成像。

嫦娥二号实际获得的全月图分辨率为7米,通俗地来讲,嫦娥二号拍摄的7米全月图比足球场还大,但这还是不行,虹湾局部地区分辨率约为1米,这样我们才可以有把握把嫦娥三号落在虹湾区上。

 

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