“嫦娥三号”如何设计出来的?

科学家在调试“嫦娥三号”所搭载的“玉兔”登月车。新华社发

　　“嫦娥三号”探测器,是我国第一个“有腿”的航天器,也是中国人首次用来尝试地外天体软着陆的航天器。“嫦娥三号”长什么样,与此前的“嫦娥一号”、“嫦娥二号”相比有什么特点,是如何设计出来的?记者采访了中国航天科技集团的有关专家。

　　构型设计——

　　四腿六轮

　　据介绍,“嫦娥三号”有四条腿六个轮子,是着陆器和巡视器(俗称“月球车”)的组合体。与“嫦娥一号”、“嫦娥二号”不同,“嫦娥三号”在名称上不叫卫星而叫器,是我国第一个“有腿”的航天器。

　　航天科技集团主任设计师杨建中介绍,这样的组合构型,是由其任务特点决定的。“嫦娥三号”任务主要有两个,一是实现月面软着陆,二是实施月面巡视勘察。这需要它既能落到月面上,还能自主动起来。将任务分解给两个探测器,有助于加快研制进度。

　　着陆器包含11个分系统,其中最有特色的当属着陆缓冲分系统,又集中体现在四条“中国腿”的外形上。据了解,其他国家的软着陆方式主要有三种:一是气囊弹跳式,二是着陆腿式,三是空中吊车式。每种方案都有优缺点。就“嫦娥三号”软着陆任务来讲,气囊式不能满足重量要求,吊车式又比较复杂,腿式能满足任务需要,保证着陆的稳定性。综合之下,“嫦娥三号”选用了腿式着陆。

　　巡视器包含8个分系统,其中最有特色的当属移动分系统。从外形上看,就是巡视器的6个轮子。

　　路径设计——

　　前所未有

　　此前,“嫦娥一号”和“嫦娥二号”对到达月球的路径已经做了先期的成功探索。由于任务需要,“嫦娥三号”的路径设计还要在此前基础上更进一层,且难度和风险大大增强。它要在近月点15公里处进行动力下降,接着实现月面软着陆,然后再进行月面巡视勘察。

　　这15公里的动力下降,是以抛物线下降。探测器的相对速度要从1.7公里/秒逐渐减为0,过程主要靠探测器自主来完成,人工干预的可能性几乎为零。距月面100米处时,探测器还要悬停,对月面进行拍照,避开障碍物,寻找着陆点。

　　对于地面工程人员来说,这一过程尚属首次,存在两大风险。一是关键设备都是新研制的,包括GNC系统(制导、导航与控制系统)和我国首台全新的7500牛变推力空间发动机。二是软着陆区域的地形地貌存在一定程度的不确定性。

　　等到探测器在月面实现软着陆后,着陆器和巡视器还要进行分离,实现互相拍摄。着陆器基本固定在一个位置,巡视器则需要从着陆器上“走”下来,进行月面巡视勘察。在月面路径中,还涉及到“地面遥操作”和“巡视器自主控制”相结合的技术手段。

　　功能设计——

　　确保月面生存

　　中国航天科技集团着陆器热控分系统主任设计师刘自军用“盖被子”“生炉子”和“开空调”等熟知的概念解释热控设计。“嫦娥三号”上有一个多层隔热组件,也就是所谓的“被子”,可以双向隔热,外部高温时候热量不能往里传,外部寒冷时候里面热量不能往外漏。

　　寒冷时“嫦娥三号”还得“生炉子”。“炉子”主要是同位素核源,它能够持续放热。设计师们还设计了重力驱动的两项流体回路,在需要的时候将热量导入舱内,不需要的时候切断传热途径。

　　到了月昼时,虹湾温度迅速升高至90摄氏度,在月球表面,散热的方式只有热辐射。设计师们还设计了重力驱动的两项流体回路,在需要的时候将热量导入舱内,不需要的时候切断传热途径。

　　有了这些手段和方法,“嫦娥三号”便能很好地保护自我,在月面上生存下来,从而用携带的科学载荷进行工作。

　　(据新华社西昌12月2日电)

(来源:重庆日报)