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嫦娥四号成功发射 将开启人类首次月球背面软着陆探测之旅

来源:华商网-华商报 时间:2018-12-08 09:57:01 编辑:华商报供稿 作者:马虎振 谢奇勇 版权声明

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  12月8日2时23分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射嫦娥四号探测器,开启了月球探测新旅程。与5年前嫦娥三号首次登陆月球不同的是,这次嫦娥四号探测器将开启人类首次月球背面软着陆探测之旅。

  将开展月球背面低频射电天文观测与研究等

  嫦娥四号探测器后续将经历地月转移、近月制动、环月飞行,最终实现人类首次月球背面软着陆,开展月球背面就位探测及巡视探测,并通过已在使命轨道运行的“鹊桥”中继星,实现月球背面与地球之间的中继通信。

  嫦娥四号任务的工程目标,一是研制发射月球中继通信卫星,实现国际首次地月拉格朗日L2点的测控及中继通信;二是研制发射月球着陆器和巡视器,实现国际首次月球背面软着陆和巡视探测。

  嫦娥四号的科学任务主要是开展月球背面低频射电天文观测与研究;开展月球背面巡视区形貌、矿物组份及月表浅层结构探测与研究;试验性开展月球背面中子辐射剂量、中性原子等月球环境探测研究。

  为增进国际交流与合作,扩大开放共享,嫦娥四号任务中,与荷兰、德国、瑞典、沙特开展了4项科学载荷方面的国际合作,搭载了3项由哈尔滨工业大学、中山大学、重庆大学等国内高校研制的科学技术试验项目。

  航天六院为长三乙火箭和嫦娥四号提供全部动力

  总部位于西安的中国航天科技集团有限公司第六研究院(以下简称“航天六院”)为长征三号乙运载火箭提供了全部动力系统:一级使用8台推力为75吨的常规发动机,其中芯级4台、助推4台;二级采用1台75吨推力的常规发动机,并配4台游动发动机;三级使用两台8吨推力的氢氧发动机。

  同时,航天六院还为嫦娥四号着陆器推进分系统配置了全部动力,包括1台7500N变推力发动机和近30台小推力的姿控发动机。

  强大、精准的动力,成为嫦娥奔月最可靠的保障。他们有的力如千钧,助推嫦娥四号探测器脱离宇宙速度,向着遥远的奔月轨道飞去;有的身轻如燕,在接近月球表面时实施精准的悬停、制动,让嫦娥四号探测器在登上月球背面的每一步都将稳妥可靠,万无一失。

  这也是航天六院研制的系列动力第五次为嫦娥卫星提供全部火箭发动机和空间推进系统。

  火箭发动机专家、航天科技集团六院院长刘志让说:“嫦娥四号任务,作为今年航天飞行发射的重中之重,成败与否,火箭与卫星动力的可靠精准,至关重要。只有极致追求质量,极致追求性能,才能让每一台发动机都身手不凡,表现完美。”

  火箭7万条焊缝全面体检 多余物全面梳理确保无隐患

  据六院7103厂型号主管工艺师张鹏介绍,这次发射的长三乙火箭使用的一二级和助推发动机都是金牌动力,是我国多年来执行宇航发射任务的主要产品,经过了近300次的飞行试验,成功率非常高。“针对嫦娥四号,我们进一步提高了其可靠性,确保精准入轨。我们从保证发动机产品的一致性出发,对包括焊缝、多余物、装联等各个方面开展了提升工作。以焊缝来说,一二级发动机和助推发动机,总共涉及到7万条焊缝,我们对这些焊缝要进行全面体检,确保不会出现任何问题,不带着隐患上天。发动机系统非常复杂,对多余物非常敏感,因此我们对发动机从零部组件的生产装备都进行了全面梳理分析,总共梳理出7000多个部位、8000多个环节,都采取了相对有效的控制措施,确保没有多余物的隐患。在装联方面,根据产品结构也进行了量化控制工作。这些量化、精细化的控制和措施,可以确保发动机圆满、成功地工作。”

  如果把发动机比作“心脏”,一根根导管无疑就是“血管”。据了解,为嫦娥四号服务的所有导管,都要经过清洗、酸洗、内窥镜“肠道”检查;内外焊缝除了进行内窥镜检查外,还要接受X光拍片“透视”探伤……也正是因为有了这些“严”到极致的质量管理措施,才能使得助推嫦娥四号飞天登月的近50台火箭发动机,能够在任务执行中应对42万公里飞天登月过程中的“千变万化”。

  变推力发动机实现多项突破 推进分系统可部分智能自主控制

  据悉,与嫦娥三号相比,嫦娥四号的7500N变推力发动机在高性能和长寿命上实现了多项突破。为满足嫦娥四号首次在月球背面探访的任务需要,航天六院变推力发动机研制团队经过大量的优化计算与仿真分析,通过改变外表涂层的工艺技术等方法,不断提升变推力发动机的性能。“我们这样做,并不是为了严苛而严苛,而是任务需要这样做。”航天科技集团六院变推力火箭发动机副总设计师兰晓辉说。

  据了解,推进系统在探测器发射后工作模式繁多、过程复杂、耗时较长,而且部分动作是在探测器测控弧段外,无法即刻接收指令和反馈结果,这些因素为探测器精确控制和保持最优状态提出了难题。为解决此难题,航天六院推进分系统在理论分析和试验验证的基础上,提出了部分智能自主控制程序。此程序可以根据预先设定的条件自主调节工作状态,使系统反馈更加及时,提升了环境适应性。

  26天后将造访月球南极-艾特肯盆地的冯·卡门陨坑

  12月8日发射的嫦娥四号卫星,26天后将造访月球南极-艾特肯盆地的冯·卡门陨坑。艾特肯盆地是太阳系内已知最大的撞击坑,对其进行勘测有助于解答与月球有关的一系列重要疑问,包括内部结构和热演化。与嫦娥三号相比,首次造访月球背面的嫦娥四号,不仅要克服通信障碍,而且要应对月球后方更加崎岖的地形,实现更难的精确控制。

  几十亿年来,我们只看到月球的一面,但对月球的背面却知之甚少。为了在月球背面着陆,2018年5月21日我国在西昌卫星发射中心由长征四号丙遥二十七运载火箭成功发射了“鹊桥”中继星,进入环地月拉格朗日L2点使命轨道,目前状态正常。“鹊桥”中继星距离地球45万公里,距月球约6.5万公里,它可同时向月球和地球后方提供数据中继通信服务。更重要的是,它将贴心为落在月球背面的嫦娥四号月球探测器,提供地月中继测控和数传服务。

  华商记者 马虎振

  动图来源:中国空间技术研究院

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