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「玉兔」今晨別「嫦娥」獨巡月球


http://news.wenweipo.com   [2013-12-15]    我要評論

【文匯網訊】嫦娥三號完美落月後,還要經過8小時的準備,預計今天早晨5點左右,著陸器和月球車分離,各自開展工作。著陸器「不挪窩」,就位探測。而巡視器,也就是月球車,將在月面巡視行走。自此,玉兔號正式走向探月之路。

玉兔號從舷梯走到月面

據北京晨報報道,已平穩落在月球表面的嫦娥姑娘,經過簡單休息後,又要在今晨開始一個大動作,著陸器和玉兔號月球車要說再見了。在分別前,著陸器要為月球車充電,對月球車進行初始化。月球車與地面建立通信鏈路。之後著陸器釋放出舷梯,解開鎖緊的月球車,月球車從舷梯走到月面,展開太陽能電池板,取得電能之後,開始檢測各項設備和儀器的功能,然後月球車開始工作。

「嫦娥」「玉兔」兩兩相望

兩器順利分離後,玉兔號月球車行駛到距離著陸器一定位置時,將「回眸」著陸器,進行兩器互拍。「嫦娥」與「玉兔」「兩兩相望」,得借助人類賦予它們的「眼睛」—安裝在著陸器上的地形地貌相機和配備在巡視器上的全景相機。

事實上,嫦娥「三姑娘」著陸月面後的第一個白晝,地形地貌相機就已經開機工作了。它將對著陸器周圍進行360度成像,繪製著陸區地形、地貌圖,用於研究月表的地形地貌特徵。

嫦娥三號探測器系統總設計師孫澤洲說,兩器互拍,是本次嫦娥三號任務圓滿成功的標誌。兩器上各有一面五星紅旗。兩器分離後,玉兔能否將拍到的中國國旗傳回地球,以及自身是否順利展開月球表面形貌進行探測,頗為關鍵。月球車上的全景相機有兩個,相當於人的兩隻眼睛。它安裝在巡視器桅桿上,可360度旋轉和90度俯仰拍攝周邊圖像。與嫦娥二號相機只拍黑白圖像不同,全景相機可獲得紅綠藍三個通道的影像信息,得到著陸器和五星紅旗的彩色照片。

全景相機還肩負著獲取月球車巡視月表區的三維光學圖像的科學探測使命。

玉兔號腹中有「秘器」

在玉兔號告別著陸器後,將在月球表面自主「行走」巡視探測,對月表進行三維光學成像、紅外光譜分析。此外,還將開展月壤厚度和結構科學探測,對月表物質主要元素進行現場分析等。

月球車並不是一輛車,而是一個長著輪子能夠適應惡劣空間環境,並開展空間科學探測的航天器,是一個低功耗、高智能的機器人。

玉兔號月球車重約140千克,呈長方形盒狀,太陽翼收攏狀態下長1.5米,寬1米,高1.1米,有6個輪子,週身金光閃閃。為了方便在月球上開展科學探測任務,玉兔號上配置眾多寶貝,比如全景相機、測月雷達、粒子激發X射線譜儀、紅外光譜儀和粒子激發X射線譜儀。專家這樣形容它:肩插「太陽翼」,腳踩「風火輪」,身披「黃金甲」,腹中「秘器」多。

「玉兔號」的巡遊範圍可達5平方公里。它以太陽能為能源,具備20度爬坡、20厘米越障能力,並可耐受300攝氏度的溫差,還在車底安裝了雷達,將探測月球地表以下100米左右深度的地下結構。有專家指出,這是前人從未做過的,將對月球次表層探測做出貢獻。

據中國繞月探測工程首任首席科學家歐陽自遠介紹,月球車能完全自主導航,在月亮上可以根據照相機拍到的四周情況,自己決定該走哪條路;可以自主避障,前面有大石頭擋住了,知道怎麼避開障礙;還可以自動上坡下坡,能走它就走,走不過去就繞著走。

著陸器的設計壽命是一年,月球車則只有3個月。它們將在完成任務後永遠留在月球。「它們工作結束後,沒有打算拿回來,也不可能把它們拿回來,設計時沒這樣考慮。壽命時間過後,就看它的生存能力。」中國探月工程總設計師吳偉仁表示。

分析

玉兔巡月球首要風險是月塵

月球車在月面「行走」也是存在風險的。據瞭解,月壤細粒會大量揚起,形成月塵,一旦附著,很難清除。月塵可能引起月球車很多故障,包括機械結構卡死、密封機構失效、光學系統靈敏度下降等。美國宇航員從月球返回後曾說,人類探索月球遇到的首要麻煩就是月塵環境。如何讓月球車在行進時不揚起這些灰塵?我國科研人員通過月塵和真空模擬試驗找到了答案。

細微月塵易「瞇眼」

月面覆蓋了一層厚度不等的月壤,這些月壤約95%的顆粒尺度為毫米級,約50%顆粒為60微米級。如此微小的塵埃,如果蒙在月球車的相機鏡頭上,就等於罩住了「眼睛」,如果進入一些敏感儀器,可能影響工作效率,甚至導致故障。

為了研究和評價月塵環境對巡視器部組件的影響,航天科技集團五院的月塵環境項目組進行了系列技術攻關,模擬月塵和月球環境是兩大難關。

科研人員研製出了成分、密度、顆粒分佈以及顆粒幾何形狀上近似於真實狀況的模擬月塵,並可根據需要配製出任意比例的模擬月塵。試驗中,要求在工件上均勻淋灑月塵,每平方米20克,相當於要把半勺的鹽均勻地灑在1平方米的地方。

為了模擬月球環境,項目組與真空技術專家一起,在有細微模擬月塵的環境中製造了真空環境,科研人員在這個環境下分別研究了無花紋、直花紋、斜花紋等仿真車輪的揚塵試驗,記錄下三種花紋車輪的臨界起塵點,車輪轉速與起塵高度,揚塵顆粒的速度、尺寸範圍、運動軌跡和範圍等試驗數據。

研究發現,空氣狀態下的揚塵現象受氣流擾動影響極大,與真空狀態下的試驗規律完全不同,為解決月面巡視探測及未來載人巡視器車輪揚塵問題提供了重要參考和依據。

此外,項目組還為試驗配備了粒子高速攝像儀、在線粒度分析儀等先進的分析測試儀器,用於監控、測量試驗過程中的參數。為嫦娥三號的雷達天線、望遠鏡以及相機等5件有效載荷部件進行月塵環境摸底試驗。

防塵密封圈需經耐熱耐寒考驗

乘坐阿波羅號登月的宇航員在回憶錄裡曾這樣描述初登月球時的震撼情景:月亮上沒有風,月塵揚起後,會長時間懸浮在半空中落不下來。

由於月塵帶有靜電,容易吸附在巡視器表面或侵蝕巡視器的活動部件,因此防塵密封圈就變得格外重要。別看密封圈小,研製人員足足花費了兩年的時間才找到合適的配方。他們對設計出來的每一種配方都進行了高溫壓縮永久變形測試、壓縮耐寒係數測試、耐熱空氣老化測試等多項測試,通過數十次試驗,終於確定了配方。由於月塵的直徑不足1毫米,甚至只有幾微米,因此必須把密封圈的尺寸做得恰到好處,鬆了月塵就會進入,緊了就會被磨損,這對工藝與製作能力提出了苛刻的要求。

      責任編輯:賈銘
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