嫦娥落月，即將在今晚9點多上演。由著陸器和“玉兔”號月球車組成的“嫦娥三號”預(yù)計將于今晚在月球虹灣區(qū)軟著陸，這將是此次嫦娥三號任務(wù)最大的看點。明晚，月球車要和著陸器“說再見”，兩器分離后，月球車將在月面進行為期3個月的科學(xué)勘測，著陸器則不會“挪窩”，在著陸區(qū)原地探測。
在整個落月過程中，嫦娥將經(jīng)歷與地球失去聯(lián)系的黑色720秒，這段時間里，著陸器導(dǎo)航與控制系統(tǒng)的敏感器，將充當(dāng)“大腦”，指揮著陸器平穩(wěn)降落。
為何繞了8天才落月？
嫦娥三號于本月2日發(fā)射升空，于6日進入高度為100公里的環(huán)月圓軌道。對于已近在咫尺的月球，嫦娥三號為何還要繞飛8天后才著陸？據(jù)專家介紹，這主要由落月時間和區(qū)域決定。一方面，為能在高溫到來前完成月球車與著陸器分離，嫦娥三號須在月球的上午著陸，這就限制決定它要多飛幾天；另一方面，嫦娥三號此前并不在著陸區(qū)虹灣所在軌道面內(nèi)，而要等到月球轉(zhuǎn)至虹灣區(qū)時才降落。
落月全程12分鐘
據(jù)悉，嫦娥三號將在近月點15公里處以拋物線軌跡下降，相對速度從每秒1.7公里逐漸降為零。過程經(jīng)過主減速、快速調(diào)整、接近、懸停、避障和減速下降等階段，實現(xiàn)在月球虹灣區(qū)的軟著陸。整個過程大概需要12分鐘。
具體來說，由于月球表面幾乎沒有大氣層，不能利用降落傘降落，為了減緩嫦娥三號的降落速度，著陸器底部的發(fā)動機反推著陸器。當(dāng)著陸器降落至距離月面100米高度時，懸停在空中，著陸器下方的降落相機充當(dāng)眼睛的作用，著陸器根據(jù)其拍攝到的月面信息，再平移到平緩的區(qū)域，垂直下降，但仍然需要用發(fā)動機反推，降低下降的速度。
當(dāng)著陸器降落到距離月表4米高度時，著陸器懸停在空中，關(guān)閉反推發(fā)動機，著陸器以初速度為0的自由落體方式降落，并將腿部支架扎進土層。
如果一切順利，“嫦娥”所帶的降落相機將記錄中國航天器首次地外天體軟著陸的精彩瞬間。
難關(guān)1
能否及時“剎車”
準確降落
好比在高速路上飛馳的汽車，速度慢了耽誤時間，速度太快又不能及時剎車，錯過了目的地，或者一頭撞上去，都不能完成任務(wù)。能否在指定的月球虹灣區(qū)域準確落下，是嫦娥三號探測器實施軟著陸首先面臨的難題。
在嫦娥“三姑娘”之前，嫦娥一號和嫦娥二號兩姐妹已解決了繞月飛行的技術(shù)問題。這一次，嫦娥“三姑娘”則要解決繞月成功后，能不能在指定區(qū)域落下來的問題。
在人類探測器軟著陸月球的歷史中，就有過沒能“剎住車”的先例，比如美國1962年發(fā)射的徘徊者3號，從距月球36793千米處飛過，“剎車”失敗。
所以，嫦娥三號的“剎車”時間是否合適、遠近距離是否準確，都是此次任務(wù)的技術(shù)難點和關(guān)鍵。為此，北京飛控中心已做了充分的準備。
著陸是探月最難一環(huán)
難關(guān)2
下降過程嫦娥
完全自主
落月過程中，要實時測量探測器運動的速度、高度，隨時調(diào)整，而且月面地形地貌很復(fù)雜，還要尋找安全的著陸區(qū)等，“這些工作都要在很短的時間內(nèi)完成，而且完全靠探測器自主完成，所以自主導(dǎo)航控制是個難點。”嫦娥三號探測器系統(tǒng)總設(shè)計師孫澤洲說。
15公里開始的“動力下降”階段，被業(yè)內(nèi)人士形容為最驚心的環(huán)節(jié)，也稱黑色720秒。嫦娥三號要完全依靠自主導(dǎo)航控制，完成降低高度、確定著陸點、實施軟著陸等關(guān)鍵動作，人工干預(yù)的可能性幾乎為零。“在這個時段內(nèi)，測控都跟不上了，只能事先把程序設(shè)定好。”嫦娥三號探測器系統(tǒng)副總指揮譚梅表示。
著陸器GNC（制導(dǎo)導(dǎo)航與控制）系統(tǒng)設(shè)計了專門的敏感器，進行對月測速、測距和地形識別，確保探測器在著陸段自主制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制。
難關(guān)3
真空下降落能否順利減速
月球上沒有大氣，這就決定了月面著陸與地球著陸方式完全不同，它是真空狀態(tài)下的軟著陸。
“沒有大氣也就意味著不能利用空氣摩擦實現(xiàn)減速。嫦娥三號探測器要實現(xiàn)月面安全軟著陸，傳統(tǒng)火箭發(fā)動機和推進系統(tǒng)無法完成這一任務(wù)。因為在月球這一無大氣天體表面進行的軟著陸機動飛行中，傳統(tǒng)發(fā)動機無法實現(xiàn)推力的變化。”孫澤洲說。
為此次任務(wù)新研制的7500牛變推力發(fā)動機，能夠進行連續(xù)可調(diào)節(jié)變推力，進而對嫦娥三號實現(xiàn)精準控制，很好地解決了這一難題。但由于是首次研制和使用，7500牛變推力發(fā)動機最終的表現(xiàn)如何，還有待實踐的考驗。
難關(guān)4
落月點小環(huán)境未知風(fēng)險大
嫦娥三號著陸地點，選在較為平坦的虹灣區(qū)域。但最終的落月點選擇，仍存在一定難度。
“月球表面從宏觀的方面來說相對還是比較平坦的，但小范圍，比如50米×50米或者10米×10米的小環(huán)境，它的地形地貌是什么樣子，我們不是很清楚，也不知道最終會降落到什么地方，這對我們而言是一個很大的考驗。盡管采取了很多措施，但風(fēng)險還是比較大，因為那里的月石、月坑很多，可能碰到石頭，也可能碰到壕溝，這些情況都可能存在。”吳偉仁說。
難關(guān)5
著陸沖擊力或讓嫦娥跌倒
當(dāng)探測器著陸在月面時，著陸器撞擊月面會形成較大的沖擊力，這可能造成探測器出現(xiàn)翻倒的情況。在美蘇以往的月球探測器軟著陸歷史中，發(fā)生過“軟著陸”變“硬著陸”的情況，比如蘇聯(lián)1965年發(fā)射的月球8號就是撞擊了月面，軟著陸失敗。
另外，著陸器落在月球會激揚起月塵，月球塵埃如果附著于探測器表面，能引起光學(xué)系統(tǒng)靈敏度下降、機械結(jié)構(gòu)卡死等故障。同時由于月球表面覆蓋著一層松軟且崎嶇不平的月壤，這些都給著陸帶來了困難。
對此，研制團隊充分考慮了月壤物理力學(xué)特性對著陸沖擊、穩(wěn)定性的影響以及月塵的理化特性等，采用特殊的材料、設(shè)計和工藝，研制出全新的著陸緩沖系統(tǒng)，解決上述難題，確保探測器實施軟著陸過程中，在一定姿態(tài)范圍內(nèi)不翻倒、不陷落，并為探測器工作提供牢固的支撐。
據(jù)了解，著陸器底下四個金屬腿型結(jié)構(gòu)將起到緩沖作用。著陸器還設(shè)有緩沖拉伸桿，也是緩沖吸能部件，主要任務(wù)是吸收著陸時的沖擊力。
探測器的著陸緩沖機構(gòu)能否經(jīng)受住考驗，今晚將見分曉。
晨報記者 韓娜
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