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对话嫦娥三号探测器系统总设计师孙泽洲——“落下去,走起来”就是成功
时间:2013-12-04 09:52 来源:《人民日报》 作者:admin 点击:

    此次探月任务成功的标志,就是探测器安全着陆月面,巡视器成功转移到月面并行驶,着陆器和巡视器完成互拍并获得图像,即“落下去,走起来”。

    12月2日1时30分,嫦娥三号发射。在随后的十来天时间里,嫦娥三号将通过奔月、绕月,最终落月。本报记者专访了探月工程二期嫦娥三号任务探测器系统总设计师孙泽洲。

 

经过12分钟动力下降过程,实现月面软着陆

    记者:请介绍一下这次嫦娥三号任务的概况。

    孙泽洲:任务过程大致是这样的:运载火箭先将探测器运送到地月转移轨道。在这个过程中,需要进行1—3次中途修正。 随后,探测器进行近月制动进入圆形轨道,并进一步调整为椭圆轨道,为后续动力下降段提供准备。此后,探测器将在飞行4—5天后,在近月点15公里处开始进入动力下降。下降过程持续12分钟左右,并最终实现嫦娥三号探测器的月面软着陆。探测器包括着陆器和巡视器(月球车)。着陆后,探测器将择机释放月球车,着陆器开展就位探测,月球车开展巡视勘察。概括来说,任务成功的标志是,探测器安全着陆月面,巡视器成功转移到月面并行驶,着陆器和巡视器完成互拍并获得图像,即“落下去,走起来”。

    记者:探测器是嫦娥三号任务五大系统中的核心系统,它的构成是怎样的,承担什么任务?

    孙泽洲:整个嫦娥三号探测器由着陆器和巡视器两部分组成,主要任务是两个:实施月面软着陆和实施在月面的巡视勘查。探测器落月之前,巡视器是不工作的,它作为一个载荷,固定在着陆器的顶部。整个前期的飞行和动力下降过程,以及实施软着陆任务都是由着陆器来完成。到月面之后,着陆器和巡视器配合,把巡视器释放到月面上,成为两个独立的探测器,在月面开展各自的科学探测任务。除了巡视器在月面进行巡视勘查之外,着陆器上也携带着载荷在月面进行探测。巡视器在月面完成的任务包括利用测月雷达、全景相机等有效载荷进行科学探测任务。着陆器则利用极紫外相机、月基光学望远镜等有效载荷进行探测。此外,着陆器和巡视器还搭载了工程载荷,进行对月面等方面的测量,为后续的月球探测任务做一些基础数据的积累。

 

落月比绕月需要更精细的环境数据来提供支持

    记者:嫦娥三号探测器和之前的嫦娥一号卫星、嫦娥二号卫星有何不同?

    孙泽洲:进入15乘100公里轨道之前,应该说嫦娥三号的飞行过程和嫦娥二号的飞行过程是基本一致的,有很好的继承性。之后的飞行过程会有很大的不同。距离月面15公里之后的动力下降过程,就完全是嫦娥三号面临的新任务。在12分钟的落月过程中,要靠探测器自身的敏感器对月进行测距、测速以及障碍识别,来完成整个动力下降的自主导航与控制,完成软着陆。也就是说,整个软着陆过程基本是靠探测器自主完成的。从产品角度讲,嫦娥三号和嫦娥二号、嫦娥一号的整个平台,包括设备、系统的功能,都有非常大的区别。有一定的技术可以继承,但总的来说全都是新的。

    记者:嫦娥三号任务是我国首次在地球外实行软着陆和月面巡视勘察,我们在做探测器顶层设计和统筹工作时,有哪些新的考虑?

    孙泽洲:嫦娥三号的任务是在月面进行软着陆,因此,除了空间环境、月球红外普照等因素以外,对探测器影响比较直接的还是月表的地形地貌以及月尘等环境因素,尤其是地形地貌。过去发射的航天器都是绕月飞行,我们对环境知道一个宏观的情况,就可以满足工程设计的需要。但嫦娥三号需要更精细的环境数据来提供对任务设计的支持。以上这些因素对我们的探测器设计提出了两方面的新要求:一是尽最大可能去认识月面的环境,二是在设计上想办法降低环境的不确定性带来的风险。

 

月球地形地貌不确定是本次任务最大风险

    记者:嫦娥三号探测器的研制在技术上有哪些创新和突破?

    孙泽洲:整个探测器新研制产品比例达到80%,从技术来讲,有多个方面的创新和突破:首先是总体优化设计,主要表现在三个方面:一是为了完成月面软着陆任务,通过建立月表地形地貌的、月壤的很多模型,构建一个地面的仿真验证系统,为分析验证提供相应的工具和手段;二是由于整个探测器受到发射重量的严格约束,整个系统都进行了小型化和集成化的设计;三是在系统上有一些功能互用等设计方法的应用,一方面照顾了轻、小型化的要求,同时还要保证系统的可靠性。第二是推进系统,我们为动力下降过程研制了我国航天器历史上第一台变推力发动机。此外,在着陆器的导航与控制、着陆缓冲机构、热控分系统、巡视器的移动、巡视器的自主导航与控制以及遥操作和科学载荷方面,也有很多创新。我觉得,整个嫦娥三号任务的技术难度也都体现在这些方面。

    记者:在嫦娥三号任务中,最大的风险来自哪些方面?

    孙泽洲:风险表现在三个方面。第一,整个产品的状态都比较新。新产品比例多了之后,这种设备或者产品本身质量的风险性比其他的型号相对来说会大一些。但是,全新的产品不代表就一定质量不高,或者可靠性不高,这是辩证统一的。第二,嫦娥三号任务很多关键的动作和关键的环节,都是一次性的、短暂的,并且是唯一的。这个动作只能在这时刻做,开弓没有回头箭,没有说退回来,恢复到一个状态再走。比如动力下降,一旦15公里开始往下走了,就必须要一直落到月面,这也是任务的特点所决定的。第三,地形地貌环境的不确定性,应该说是嫦娥三号最大的潜在风险。最终落的那个区域的地形对任务成功与否影响很大。虽然风险大,但我们还是有信心的。首先,新产品有新产品的好处。新产品在设计上,还是有基础的。并且,随着整个行业的质量管理水平的提高,新产品在初始设计的时候,某些设计环节考虑得会更充分一些,因此在设计上本身固有的可靠性也就会得到相应的保证。