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“嫦娥三号”落月步步惊心:激光扮演重要角色

2013-12-15 14:31
冷血の爱
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  14日,在嫦娥二号曾抵达的100公里×15公里椭圆轨道上飞行4天后,嫦娥三号开始了最后15公里的落月之路。

  从近月点约15公里到月面,是中国人通往月球的最后一步,也是中国实现首次地外天体软?陆“关键中的关键”。这一段约12分钟430公里的航程,还因其高自主性、高风险性和不可逆性而成为嫦娥三号200多个小时的飞行过程中难度系数最大的一段。

  在这短短12分钟里,嫦娥三号要将速度从约1.7公里秒减到几乎为零,飞行姿态调整90度,还要在控制过程中适应随?发动机燃料的消耗,着陆器“体重”从3000多公斤锐减到1000多公斤的变化。

  这段陌生航程的风险还来自于对月面的不确定性。由于难度大、风险高,截至目前,国际上虽然已经有多个国家开展了月球探测活动,但完成无人月面软?陆的次数仅有10多次。

落月过程

  落月过程中,对速度和距离的把控十分关键。制导导航与控制系统对月进行测速、测距和地形识别,确保探测器在着陆段自主制导、导航与控制。激光测距敏感器和激光三维成像敏感器是嫦娥三号着陆器制导导航与控制分系统的两台重要敏感器,就像嫦娥三号的一双眼睛。激光测距敏感器在着陆下降时提供探测器距月面的距离信息,确保着陆精度和安全;三维成像敏感器在着陆器悬停时对着陆区域进行三维成像,选择着陆点以保证着陆安全。

  下降过程完全自控

  在整个下降过程中,嫦娥三号探测器的飞行速度、高度、姿态的调整,制导、导航,包括避障和?陆点的选择都由它完全自主控制,可以在地面进行的人工干预非常少。

  负责导航、制导和控制的是它的“大脑”GNC系统。嫦娥三号的“大脑”比以往的航天器都要复杂,而且新技术、新产品的佔比很高,达到了90%。软着陆同时也是一个不可逆的过程。所谓“开弓没有回头箭”,自从“动力下降”的指令注入,主发动机点火开始,嫦娥三号就基本上就失去了“重新再来”的机会。一旦出现问题,人也很难实施抢救。

  变推力发动机助减速

  着陆器副总设计师张熇说,嫦娥三号下降的时机要根据探测器当时的重量、高度、速度等来确定,还要考虑月球引力场作用下探测器轨道的变化。

  此外,动力下降需满足三个条件:首先,探测器运行到预设着陆区的上方;其次,确保着陆段及着陆后一段时间内探测器在测控范围之内,与地面通讯有保障;再次,着陆点太阳高度角不宜太高,因为太热的话会损伤元器件。

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