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日志

嫦娥四号传回全球首张月背“近照”

热度 1已有 2169 次阅读2019-1-9 07:30 |系统分类:国际 军事

嫦娥四号探测器月球背面软着陆后降落相机拍摄的图

像               国家航天局供图

“玉兔二号”车轮国家航天局供图

    

记者从国家航天局获悉,l月3日l0时26分,嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面东经l77.6度、南纬45.5度附近的预选着陆区,并通过“鹊桥”中继星传回了世界第一张近距离拍摄的月背影像图,揭开了古老月背的神秘面纱。此次任务实现了人类探测器首次月球背面软着陆、首次月背与地球的中继通信,开启了人类月球探测新篇章。

人类探测器首次实现月背软着陆

l月3日l0时l5分,科技人员在北京航天飞行控制中心发出指令,嫦娥四号探测器从距离月面l5公里处开始实施动力下降,7500N变推力发动机开机,逐步将探测器的速度从相对月球l.7公里每秒降到零。在6~8公里处,探测器进行快速姿态调整,不断接近月球;在距月面l00米处开始悬停,对障碍物和坡度进行识别,并自主避障;选定相对平坦的区域后,开始缓速垂直下降。约690秒后,嫦娥四号探测器自主着陆在月球背面南极-艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑内。落月过程中,降落相机拍摄了多张着陆区域影像图。

落月后,在地面控制下,通过“鹊桥”中继星的中继通信链路,嫦娥四号探测器进行了太阳翼和定向天线展开等多项工作,建立了定向天线高码速率链路。ll时40分着陆器监视C相机获取了世界第一张近距离拍摄的月背影像图并传回地面,图中展示了巡视器即将驶离着陆器、驶向月背的方向。后续,嫦娥四号探测器将通过“鹊桥”中继星的中继通信链路,在地面控制下,开展设备工作模式调整等工作,择机实施着陆器与巡视器分离。

嫦娥四号探测器由着陆器和巡视器组成,共配置包括两台国际合作载荷在内的8台有效载荷,其中着陆器上安装了地形地貌相机、降落相机、低频射电频谱仪、与德国合作的月表中子及辐射剂量探测仪4台载荷;巡视器上安装了全景相机、测月雷达、红外成像光谱仪和与瑞典合作的中性原子探测仪。这些仪器将在月球背面通过就位和巡视探测,开展低频射电天文观测与研究,巡视区形貌、矿物组分及月表浅层结构研究,并试验性开展月球背面中子辐射剂量、中性原子等月球环境研究。此外,着陆器还搭载了月表生物科普试验载荷。

科学家认为,月球背面比正面更为古老,冯·卡门撞击坑的物质成分和地质年代具有代表性,对研究月球和太阳系的早期历史具有重要价值。月球背面也是一片难得的宁静之地,屏蔽了来自地球的无线电信号干扰,在此开展低频射电天文观测可以填补射电天文领域在低频观测段的空白,为研究太阳、行星及太阳系外天体提供可能,也将为研究恒星起源和星云演化提供重要资料。

此次任务实现了人类探测器首次月球背面软着陆、首次月背与地球的中继通信,开启了人类月球探测新篇章。

地面没千预,嫦娥四号自主“盲降”

嫦娥四号l月3日降落在月球背面南极-艾特肯盆地冯·卡门撞击坑,成为首个在月球背面软着陆的人类探测器。

整个降落过程可谓惊心动魄,嫦娥四号在近乎垂直降落在月球背面的过程中,地面工作人员是没有机会对它进行干预的。探测器之所以能够完全自主判断,实现“盲降”,靠的是GNC系统的神通。探月专家详细介绍了这一过程。

中国探月工程总设计师吴伟仁老家在四川。他比喻说:嫦娥三号好比降落在华北大平原,而嫦娥四号好比降落到中国西南的崇山峻岭中。

他说,嫦娥四号着陆区相当于嫦娥三号着陆区的八分之一,且落区周围有海拔l0公里高的山,艾特肯盆地冯·卡门撞击坑的海拔为负6公里,因而与嫦娥三号平滑的抛物线降落轨迹不同,嫦娥四号是接近垂直降落。

“着陆时间短、难度大、风险高,对我们是一个很大的考验。”吴伟仁说。

他说,在落月过程中,嫦娥四号绝大部分继承了嫦娥三号月面软着陆技术,整个过程约700秒,全部依靠探测器自主完成,地面可通过中继星看到降落过程,但不实施干预。

航天科技集团五院嫦娥四号探测器总设计师孙泽洲说:“我们对于月面地形的信息主要来自以前环月遥感数据,包含嫦娥一号、嫦娥二号以及一些国外卫星的遥感数据。但这些数据都不能给我们提供足够精度的地形信息,我们不可能知道哪个地方有大石头,更多的是整体的宏观信息和统计概率,最后着陆还是要靠探测器自主识别障碍与避障。”

五院嫦娥四号探测器项目总监张熄说,嫦娥四号在系统设计上考虑了如何提高着陆的精度,在环月阶段增加了轨道修正,在动力下降控制策略上进行了调整。探测器要在距离月面比较高的时候就达到着陆区的上方,然后垂直下降,这样航迹上复杂崎岖的地形就不会对着陆带来影响。

五院嫦娥四号着陆器总体主任设计师李飞介绍,落月阶段首先通过变推力发动机让探测器减速,将探测器相对月球的速度从l.7公里每秒降到接近为零,就像汽车刹车,然后调整探测器的姿态,垂直下降。

五院嫦娥四号探测器副总设计师吴学英说,探测器距离月面两公里左右时,先实施一次粗避障,通过光学成像,利用太阳光造成地形的投影来识别障碍,这时它可以识别大的陨石坑和大石块。

之后,嫦娥四号在距离月面l00米处悬停,利用激光扫描来实现精避障,这时它能识别更小的障碍,同时也能识别地面的坡度,通过计算,寻找到一个较为安全的地点作为着陆点。

然后探测器再次下降,最后距离月面两米时发动机停止工作,探测器以自由落体的方式降落,着陆器上的四条腿把着陆的冲击能量缓冲掉,让着陆器稳稳地落在月面。

为何要以近乎垂直的方式下降

据介绍,嫦娥四号之所以要以近乎垂直的方式下降,是计划落月地点——冯·卡门撞击坑的特点决定的。

冯·卡门撞击坑所在的月球背面南极-艾特肯盆地环境十分复杂崎岖。那里被层层叠叠的撞击坑覆盖,几乎没有大片平坦的地方。但这个盆地是太阳系内已知最大的陨石坑,也是月球上最深、最古老的大型撞击盆地,其直径达2480公里(月球直径为3400公里),深达l2.8公里。对艾特肯盆地的实地探测有助于加深人类对月球深处成分、月球地质历史的了解,因此嫦娥四号选择在这里落月并进行探测。艾特肯盆地中的冯·卡门撞击坑中有大片被月海玄武岩覆盖的区域,是月球背面少有的平坦区域,因此被嫦娥四号选择为软着陆的地点。

尽管如此,嫦娥四号在这里落月的难度仍然很大。因为冯·卡门撞击坑的直径只有l86公里,一旦下降过程中发生偏差就可能撞上附近的山谷区域。在这样凸凹不平又“巴掌大”的地方着陆,需要具有比嫦娥三号更准确的着陆精度,因此嫦娥四号没有选用嫦娥三号的抛物下降轨迹,而是以近乎垂直的方式下降着陆,以减小着陆位置的不确定性。

专家表示,嫦娥四号探测器之所以能够完全自主判断,实现“盲降”,靠的是GNC系统的神通。

据嫦娥四号着陆器GNC系统主任设计师、中国航天科技集团五院502所程铭介绍,费时三年研发的GNC系统负责嫦娥四号着陆器和巡视器组合体奔月、环月、落月整个过程的控制。科研人员将原本依赖人工处理的故障预案全部放手交给着陆器自行决断,大大提高了故障的应对速度。为了防止在最紧张的、不可逆的月球背面着陆过程中,“鹊桥”出现问题影响数据上传,GNC系统设计了延时数据注人功能,就是提前把要注人着陆器计算机的数据发送到着陆器上的某个地方暂存,这个数据包是带有时间标签的,待到着陆器上的时间和该标签相同时,数据便自动注人,这样原本赖以生存的通过“鹊桥”的实时数据注人就沦为了备份手段。还有,系统可以“全程自主故障诊断与重构”,即万一真的发生故障,系统可以随时自己给自己进行“诊断”,找到病灶并剔除病灶,通过身体各部分功能的优化再组合,确保机体整体功能的正常,确保落月过程的万无一失。

此外,五院下属北京卫星制造厂有限公司打造的“着陆缓冲机构”,为在月背着陆的嫦娥四号着陆器装上了四条灵活的“长腿”和四只稳健的“大脚”。着陆时,四条“长腿”中的副腿推着主腿向外侧展开到规定角度并锁定,然后主腿负责支撑住着陆器的身体,吸收各方的强大冲击力,副腿也会辅助主腿缓冲冲击力,最终让四只脸盆大的“大脚”稳稳地“站”在月面。

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月球车命名“玉兔二号”

嫦娥四号任务月球车全球征名活动l月3日揭晓,月球车命名为“玉兔二号”。

据了解,去年8月嫦娥四号月球车征名启动后,海内外民众积极参与,年龄最大的94岁,最小的7岁。在提交名称的22天里,通过多种途径共收到名称42945个,最后确认有效名称l4847个,其中两人以上重复提交的名称3l92个。广大参与者引经据典,表现出了对中华民族文化的喜爱和传承。有的在提交的名称中引人了嫦娥奔月、玉兔捣药、天狗食月、吴刚伐桂、蟾宫折桂等文献神话记载,有的源于古代传说故事,包括后羿、吴刚、金蟾、玉蟾、天狗,甚至天蓬、八戒、牛郎、织女。

更多群众对“玉兔”一往情深,建议嫦娥四号任务月球车使用“玉兔二号”,与嫦娥三号“玉兔号”、嫦娥四号中继星“鹊桥号”一脉相承,既容易为广大群众接受,又便于记忆和传播。同时,玉兔善良、纯洁、敏捷的形象与月球车的构造、使命既形似又神似,反映了我国和平利用太空的立场。

在网络投票的基础上,评委再次投票并与公众投票结果加权计算排序,“玉兔二号”最终以最高分人选。

发表评论 评论 (1 个评论)

回复 wangx 2019-1-9 08:29
亲爱的博主:您好!本文已推荐到中工网首页《中工博客》栏目与博友共赏,您可以登录 http://www.workercn.cn/进行查看。如果有任何问题或建议,期待看到您的更多精彩文章!谢谢!

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