2010年10月1日,我國嫦娥二號月球探測衛星升空。經過5天的飛行和首次近月制動,它于10月6日進入近月點100千米、遠月點8000千米的大橢圓型繞月軌道。后又經過2次近月制動,于10月9日進入高100千米、周期117分鐘的極月圓軌道,即最終的工作軌道,對月球開展多種科學探測。
繼往開來
我國的探月工程分為三期:繞月探測、落月探測和采樣返回探測。目前,繞月探測已由2007年10月24日發射的嫦娥一號月球探測衛星全部實現,對月球進行了全球性普查。我國現已開始實施二期工程,即落月探測,對月球進行區域性詳查。從獲取探測數據的直接性和豐富性的角度來看,軟著陸探測和巡視勘察是其它探測形式所不能替代的。但它要突破一系列關鍵技術,從而進行更為詳細的月表形貌與地質構造調查、月表物質成分和可利用資源調查、月球內部結構研究、日-地-月空間環境探測和月基光學天文觀測。
由于探月二期工程需要攻克的關鍵技術多、技術跨度和實施難度大,為此經過反復論證決定,為了降低探月二期工程的風險,在發射我國首個月球著陸探測器嫦娥三號之前,我國先發射了嫦娥二號月球探測衛星充當開路先鋒。它是探月二期工程的技術先導星,用于試驗嫦娥三號月球著陸器的部分關鍵技術,積累相關經驗,并在嫦娥一號任務的基礎上深入開展月球科學探測和研究,所以嫦娥二號具有繼往開來的重要作用,是探月一期和二期工程之間的橋梁。
總的來講,嫦娥二號主要完成兩類任務:一是對探月二期工程中所要應用的新技術進行試驗驗證,對未來的預選著陸區進行高分辨率成像;二是深化對月球的科學認知。嫦娥二號任務主要是試驗直接奔月軌道發射、100千米近月制動、15千米變軌、高分辨率成像和X頻段深空測控體制等關鍵技術,還驗證紫外敏感器自主導航、高速數據傳輸、低密度奇偶校驗碼、降落相機和監視相機等新技術,為后續月面軟著陸及深空探測任務奠定重要的技術基礎。
成果豐碩
從10月1日發射至今,嫦娥二號任務已經突破了用運載火箭直接將月球探測衛星發射至地月轉移軌道的發射技術,初步驗證了X頻段通信測控、紫外敏感器自主導航、監視相機、低密度校驗碼和高速數據傳輸等技術,成功試驗了100千米月球軌道捕獲技術。
截至10月13日,嫦娥二號已經向地面傳輸了32G的科學數據。10月14日下午,嫦娥二號進行星地鏈路測試。10月14、15日進行了12兆比特/秒的傳播速率試驗。試驗表明,數據信號接收流暢,無數據缺失,實際測試結果優于設計指標。10月15日17:10,嫦娥二號上搭載的除CCD立體相機以外的6種有效載荷已全部開機,在軌測試完成后將陸續開展科學探測。截至10月16日,嫦娥二號與地面高速率通信鏈路的測試全部結束,初步判斷全部測試結果優于預期。2次測試中都試驗了衛星12兆比特/秒的下傳速率,相當于1分鐘就會向下傳輸幾十張數碼照片大小的文件。
嫦娥二號在經過第3次近月制動,成功進入繞月工作軌道后,已標志該任務取得基本成功;如果它在成功傳回虹灣地區約1米高分辨率圖像后,則標志著該任務取得圓滿成功。
10月底,嫦娥二號還將擇機試驗軌道機動與測定軌技術,考察把嫦娥二號飛行軌道由100千米高度的圓軌道調整為近月點15千米、遠月點100千米橢圓形繞月軌道的風險。其任務為:一是開展軌道機動試驗,驗證嫦娥三號任務著陸前在不可見弧段變軌的星地協同程序;二是在運行至近月點15千米時重點拍攝后續任務著陸的虹灣預選著陸區(北緯43°左右,西經31°左右,南北向100千米,東西向300千米)“特寫”,分辨率可達1米,細致考察未來嫦娥三號的著陸區;三是驗證快速測定軌等相關技術。
這樣的軌道調整風險很高,因為我國選擇的虹灣預選著陸區在朝向地球的一面,且采取對稱控制方式,即如果想調整嫦娥二號在月球正面的高度,必須在月球背面進行控制,提前注入數據,然后靠嫦娥二號自主控制變軌。另外,由于月球重力場的不均勻性將會使嫦娥二號軌道產生較大變化,而且月球表面最高的山脈高度達到10千米,再加上測量誤差和軌道衰減,所以嫦娥二號在最低高度為15千米飛行時風險很大,對嫦娥二號自主控制和快速測定軌提出了新的挑戰,否則容易撞月。還有,飛行軌道越低,月球反射的能量越高,嫦娥二號降低飛行軌道后就像靠近一個上百度的“大火爐”一樣,如果熱控系統沒做好,溫度一旦超過45℃,儀器就會關機,印度的月船一號就是因為熱控系統出現故障而提前結束工作壽命。嫦娥二號變軌飛行期間,還將驗證軌道快速測定軌能力,這些測定軌數據對深入研究月球重力場分布,提高重力場模型精度有重要意義。
在軌道機動過程中,嫦娥二號要試驗新裝的1臺降落相機的功能,因為降落相機是未來嫦娥三號軟著陸過程中尋找安全落點的“眼睛”,可實時對嫦娥三號預選著陸區拍照,今后用于拍攝嫦娥三號月球著陸探測器的軟著陸過程,使嫦娥三號在降落過程中能根據圖片自主避開不適于降落的地點,“臨機決斷”選擇一塊適宜降落的平坦表面。因此,降落相機的性能是嫦娥三號月球著陸探測器軟著陸是否成功的一個關鍵因素,嫦娥二號要對其進行實戰考驗。由于降落相機用于獲取月球表面圖像,而月面目標均為灰色,所以此相機為黑白相機。該相機具備清晰拍攝與快速拍攝兩種工作模式,可根據需要選擇不同的工作模式。
目前,選擇預選著陸區要綜合考慮科學因素和工程因素,一般的原則是:為了保證安全,著陸區地勢要平坦,以利于月球著陸器著陸;著陸區應在月球正面,這樣地面能對著陸器進行測控通信;應有一定的科研考察價值,并且是別人沒去過的地方;陽光較好,從而保證探測器的能源供應和工作環境。月球虹灣區基本符合這些原則。俄羅斯的月球著陸地點一般都是在月球正面地區,中高偏北一點,我們選的虹灣區也在偏北一點,但俄羅斯的錯開了。美國的月球著陸地點大多在赤道附近,也有個別在偏北或偏南的高緯度地區。在變軌1~2天后,嫦娥二號還要返回100千米極月圓軌道,繼續開展科學探測任務。
未來前景
2013年左右,我國將發射嫦娥三號探測器(嫦娥四號是嫦娥三號的備份探測器)。它由著陸器和月球車組成,其中著陸器定點守候,月球車在月球表面巡游90天,范圍可達到5平方公里,并抓取月壤在車內進行分析,得到的數據將直接傳回地球。其難點是在月球軟著陸、自動巡視勘察、深空測控通信、月夜生存等方面,關鍵技術包括地月飛行軌道設計技術、月球軟著陸制導導航與控制技術、著陸器結構與緩沖機構技術、月面巡視探測技術、科學探測儀器研制技術、遙操作和遙分析技術、地面大口徑深空測控天線技術、月夜生存的熱控技術、小型化電子技術、月面工作機構研制技術、仿真與地面試驗驗證技術等。由于月面工作環境惡劣,晝夜溫差高達300°C,地形崎嶇,地表松軟,所以對月球車提出了較高的工作要求,它不僅要耳聰目明、步伐矯健、心靈手巧,還要能“忍饑挨餓”。2018年前后,我國將發射月球采樣返回器。其核心任務是實現月球樣品采集并自動返回地球,進行深入的科學研究。這種探測器一般由著陸級、上升級、返回艙和采樣器組成。其中著陸級用于實現探測器的軟著陸,上升級能攜帶返回艙從月面起飛,進入月地轉移軌道,返回艙用于把月球采樣帶回地球,采樣器用于采集月表的土壤和巖石,需完成月表鉆孔、月壤收集、月壤封存以及探測器返回等一系列復雜動作。整個過程涉及到控制、機械、軌道等方面,主要包括月壤自動取樣返回探測器總體設計技術、月壤采樣器的設計、軌道器與著陸器的軌道控制技術等。它可充分借鑒二期工程的著陸技術,同時需攻克月壤采樣器的設計與控制,要在月球的特殊環境條件具備研磨、鉆孔、抓取月壤和輸送月壤的能力;還要攻克月地飛行技術,它包括月面起飛技術、月地返回軌道的設計與制導導航與控制技術、高速地球再入技術、回收技術;高精細月球樣品分析技術等。
此后,我國可根據當時國際上月球探測發展情況和自身的國情國力,研究載人月球探測戰略目標和發展規劃,擇機實施載人登月探測以及與有關國家共建月球基地。現在,我國科技專家已建議在2025年或2030年進行載人登月,2050年進行載人登火星。(伍苑)
隨時了解最新穆斯林資訊、暢享正宗清真美食
獨具當地特色的分站,更權威更貼近生活
C.DUOST.COM