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新華網:“嫦娥三號”發射任務有4個主要環節

發布時間:2013-12-02    信息來源: 新華網


  新華網西昌12月1日電(記者 曹瀅 底東娜 李艦)12月2日1時30分,我國“嫦娥三號”探測器將在西昌衛星發射中心實施發射。在臨近發射之際,新華網專訪了中國探月工程總設計師吳偉仁。吳偉仁介紹說,“嫦娥三號”發射任務的主要環節是近月制動、變軌、軟著陸和兩器分離,其中軟著陸即“落月”是最重要的考驗。另外,中國探月工程的下一步計劃是從月球采樣返回,將在2020年以前實現月球無人采樣返回。

  關鍵環節是近月制動、變軌、軟著陸、兩器分離

  新華網記者:新華網將對“嫦娥三號”發射進行全面即時報道。從12月2日凌晨的發射,到十幾天后的落月探測,中間有哪些主要環節、過程和節點,請您向關心中國探月工程的網友介紹一下。

  吳偉仁:火箭發射以后,探測器開始奔向月球,大約歷時5天后到達。到達月球以后首先是近月制動,也就是我們俗稱的近月剎車,就像開汽車一樣要剎車,要剎得住。這是這次任務一個很重要的特點。因為我們使用的是新研制的一種變推力發動機來剎車。第二,與“嫦娥一號”、“嫦娥二號”都不一樣,這次是一次性地把環月探測設計成一個100km×100km的圓軌道,這里面還是有難度的。過去我們是先變成橢圓軌道,再變成圓軌道。這次因為能源受到限制,特別是推進劑受到限制,因此設計了這種環月圓軌道飛行方案。在此運行一段時間過后開始進行變軌,就變成100km×15km這種橢圓軌道。緊接著,再運行幾天以后進入著陸過程。著陸從15公里開始往下降。其實發射、近月制動、變軌這些階段和后面的月球降落比較起來,月球降落更為關鍵,從15公里開始下降,要在短短的幾百秒之內安全降落到月面預選著陸區,這對我們來說是一個全新的,也是一個最重要的考驗。

  這方面的難度在哪兒呢?因為月球的表面是未知的,我們不知道它會準確降落在什么地方,盡管采取了很多措施,包括考慮到在月球沒有大氣,采用火箭進行反推,靠發動機實現反推,然后再逐步減速。同時為了測定著陸器的高度、速度,又研制了新的激光測距、微波測速測距雷達,采取多種措施精確測量它的距離和速度。但風險還是比較大,因為那里月石、月坑很多,可能碰到石頭,也可能碰到一個壕溝,這些情況都可能存在。關鍵是我們所降落的小環境,盡管已采取了很多措施,現在還是不太清楚。

  月球從大面積上、從宏觀的方面相對來說還是比較平坦的,但小范圍,比如最后50米×50米或者10米×10米的小環境,它的地形地貌是什么樣子,這對我們是一個很大的考驗。這方面國際上也做了一些嘗試和探索,比如前蘇聯,它進行了多次月球探測,其中用于軟著陸的探測大概有13次,前面12次都失敗了,最后第13次才成功。實現軟著陸,要想想軟著陸的難點。美國要實現軟著陸也失敗了3次,第4次才成功了??梢婋y度還是比較大的。

  安全降落以后,還有一個很重要的環節就是月球車從著陸器上要分離、釋放、解鎖、轉移到架艙上來,就是我們一般俗稱的梯子。從梯子上降落下來到月面,月球車才走下來。走下來也和地形有關系,比如降落下去后,周圍比較平坦,那可能走下來比較容易一點。如果梯子旁邊有什么障礙物,可能難度就比較大。所以歸納起來主要環節就是近月制動、變軌、軟著陸,再有就是兩器分離。

  “嫦娥三號”在科研上實現多個創新

  新華網記者:“嫦娥二號”獲得了國家科技進步特等獎,我們了解到“嫦娥三號”有80%的技術和產品是新的,能具體介紹一下“嫦娥三號”在自主創新方面的情況嗎?和國際上的合作情況是怎么樣的?

  吳偉仁:“嫦娥二號”獲得國家科技進步特等獎,它和“嫦娥一號”不太一樣,我們當時歸納了八大創新:比如說直接奔月的軌道設計,拿到了世界上最高分辨率的全月圖,就是7米分辨率全月圖;第一次在深空探測里面采用了X頻段進行測控通信數據傳輸;在月球上開展了多種科學探測;還有我們第一次降軌到15公里,這15公里是為“嫦娥三號”做準備的。再有一個很重要的特點就是拓展實驗做的很成功,比如說從月球軌道出發,然后奔向了拉格朗日L2點,這對于我們國家是第一次,在國際上,從月球上去拉格朗日L2點也是第一家。再有,從拉格朗日L2點探測了10個月后,又去進行了小行星探測,就是4179。美國人認為它是潛在威脅地球的,因為它的軌道是變化的,它最近距離地球曾經有過20萬公里,所以這種小行星撞擊地球的概率還是比較大的。我們對它進行了探測,從它旁邊3公里的地方飛越探測,拿到了很精確的高分辨率的圖像。因為這些創新點,“嫦娥二號”拿到了國家特等獎。

  “嫦娥三號”比起“嫦娥一號”、“嫦娥二號”主要有這樣幾個方面的創新:第一,我們國家第一次研制了一個能在月球降落的探測器,實現在月球的軟著陸。要實現月球軟著陸有多種,比如說研制了帶腿的著陸器,研制了變推力的發動機,研制了高精度激光測距、激光三維成像系統,可以識別出圖象,還有微波測距測速雷達,這些都是新研制的。當然,整個探測器的形體也是一個全新的構造。第二,我們第一次在月球上釋放月球車,科學名字叫巡視器,老百姓一般稱作月球車。所以這次征名就是用月球車,而不是用巡視器,一個是它的本名,一個是它的別稱,月球車更通俗易懂。第三,第一次研制了深空測控。為了月球探測,研制了大型的深空站。在喀什研制建設了35米口徑的S頻段、X頻段和ka頻段大型深空站。在佳木斯研制建設了66米口徑的S頻段、X頻段的深空測控站。同時,也規劃了在南美洲要建設一個大型深空站。在上海也建設了一個VLBI站,65米的大型深空望遠鏡。這些大型深空站的建設,為月球探測和以后的火星探測及太陽系探空測控解決了問題。世界上美國和俄羅斯有大型的深空測控網,歐空局也建立了相應的深空測控網,我們是第四家,雖然建設比較晚,但起點比較高,應該說水平、精度、技術難度比他們好、比他們強,這為以后開展太陽系探測奠定了基礎。

  這些創新都是自主的、百分之百的國產化。所以為什么說在“嫦娥三號”工程里面80%都是新技術、新產品,就體現在這些地方,都是自主研發的,靠自己的力量。

  利用月球能源是科學難題短期無法實現

  新華網記者:“嫦娥三”號在開發利用月球資源方面具體任務是什么?我們距離利用月球豐富的資源還有多遠?

  吳偉仁:“嫦娥三號”這次搭載了多種有效載荷或者科學載荷,我們要實現的一方面是工程目標,一方面是科學目標。怎么上去是我們工程上要解決的問題,我們有這個能力從地面到月球,然后著陸在月球,這是工程上要實現的。那要去干什么呢?這是科學上要實現的。我們配置多種科學載荷,比如說這次有幾個特點:第一配置月基光學望遠鏡,要在月球上看天體。月球看天體有什么好處呢?因為我們在地球上看天體、研究太陽系、研究宇宙或者某個星球,地球大氣層對我們影響很大。月球因為沒有大氣,所以在它上面是“直通車”,清晰度非常高。第二,月球上14個白天,14個黑夜,一個月球日相當于我們28個地球日,所以它在同一個地點可以長時間觀測某一個天體或天區,這對我們認識太陽系、認識天體還是很有科學價值的。比如美國哈勃望遠鏡,它是在幾百公里軌道上看天空,我們在月球上肯定看得更遠。還有就是測月雷達,可以探測月球上30米到100米左右的范圍,我們要觀察月亮的組成,這些都是科學目標。

  至于說能源的問題,根據美國人和我們“嫦娥一號”、“嫦娥二號”的科學探測結果,確實認為月球上氦3比較豐富。當然還有其他很多金屬,很多金屬和化學元素是地球上沒有的。但對于氦3來說,“嫦娥一號”、“嫦娥二號”的探測結果認為月球上有100萬噸到500萬噸。也有科學家算過它用于核聚變,以1992年全世界用電量為基礎,人們認為,只要有8噸氦3就可以解決全地球的能源問題,這個是不是很準確說不好,要經過精確的計算。因為氦3地球上很少,月球上很豐富,但是要實現氦3的探測、采集、運輸、返回是一個很大的科學難題,不是短期內能夠實現的,但從長遠看不排除這種可能性。

  著陸器、月球車有“壽命” 任務完成后留在月球

  新華網記者:從三個月前月球車通過新華網和騰訊網向全球征名等一系列科普活動開始,探月報道一再掀起公眾和廣大網友對“嫦娥三號”的高度關注和熱情。在網友給新華網留言中有一個問題很有意思,想代表網友向您提問:在此次“嫦娥三號”任務完成后,月球車和著陸器會永遠留在月球上,網友們很關心這兩個“寶貝”的下落,它們能堅持工作多久,將來會毀壞或者“犧牲”了嗎?上面一些屬于我們國家的機密會不會被竊取了?

  吳偉仁:目前設計的目標是,著陸器在月球工作一年,月球車在月球工作三個月,是按照這個目標來設計的,這是它的設計壽命。當然,我們希望它能夠實現這個壽命,也希望超過這個壽命,就像“嫦娥二號”一樣。“嫦娥二號”設計的工作時間是半年,到現在還在工作,現在已經三年多了,而且飛到了6200萬公里去了,如果不出意外, 17年之后還可以返回到地球附近,因為它現在是繞著太陽運行的人造小行星。也就是說空間飛行器的設計壽命是一個方面,但是另一方面,設計得好會超過這個壽命?,F在設計的是三個月的月球車壽命和一年的著陸器壽命,如果好也可能超過這個。當然也和月球的環境有關系,因為月球的環境,白天和晚上主要是溫度問題,絕對溫度是300度,在月球正面是120度,在月球背面又是零下180度。要適應這個環境變化,恐怕還是有相當的難度,但我們盡量讓它工作時間長一點。它工作過后,就不打算拿回來了,也不可能把它拿回來了,設計時也沒這么考慮。壽命時間過后,就看它的生存能力了,最后肯定是工作一段時間以后,能源耗盡或者其他方面的原因,比如某個部件損害都有可能不能支持它工作,那它就貢獻生命了。

  至于高技術、機密的東西主要是技術上的東西,技術上的東西留在月球上也沒關系,也沒人能夠到上面去探測它或者竊取它,我們沒這種擔心,也沒這種必要。而且短期內這種情況也不會有,以后時間長了,說不定某個國家發射探測器上去了,那有可能,那要在同樣地點或者在附近,遠了肯定去不了,所以不必擔心泄密的問題。而且技術總是在發展的,若干年過后,技術不知道又發展到什么程度了,又會上到新的臺階。

  登月后將傳國旗照片回地球

  新華網記者:還有網友提問說,這次任務會把五星紅旗插到月球表面嗎?怎么向全世界宣示我們登上月球了呢?

  吳偉仁:我們這次在月球車和著陸器上都有五星紅旗,但不一定是插在月球上面了。探測器降落下去以后,月球車走下來,月球車和著陸器分別都有相機,會互相拍。最后是希望能夠把五星紅旗拍到后傳回來。

  新華網記者:是照片是嗎?

  吳偉仁:對。

  探月工程下一步是實現無人采樣返回

  新華網記者:您作為探月工程的領軍人物,能否談談我們國家在“嫦娥三號”任務完成以后,在深空探測領域的計劃和設想是什么。

  吳偉仁:第一,我不是領軍人物。這個工程是一個很多人參與,上萬人參與的工程,幾百個單位,所以大家都非常關心,國家也非常關心,特別是一些老的科學家,一些老的科技界工程技術人員,從事基礎研究的人員,天文研究的人員,大家都關心這個工程,大家積極參與了這個工程,大家都作出了很大貢獻。

  至于下一步,這次目標實現以后,按照原來“繞”、“落”、“回”三步走,下一步應該是從月球采樣返回。月球采樣返回相關工作正在進行中,而且進展也比較順利,會在2020年以前實現月球無人采樣返回,目前定的是要采樣2公斤月壤,最后帶回地球,應該有這種信心,也有這個決心,能把這項工程做得比較圓滿。

  新華網記者:您能介紹一下這支隊伍的人員結構、平均年齡等情況嗎?

  吳偉仁:應該是老中青結合,像我就是老的。還有一些青年剛剛參與工作,所以70后、80后、90后,這是主要力量。像60后、50后比較少一些了??傮w上講這支隊伍是比較年輕的。平均年齡現在沒有統計,在“嫦娥二號”做過統計。比如衛星系統,大概平均年齡30多歲,那個時候還算很年輕了,現在還有源源不斷的新人補充。試驗隊人員都比較年輕,這是中國航天的優勢。所以中國航天能夠發展的好,新鮮力量不斷補充,年輕人挑大梁、壓擔子、出成果,應該說他們作出了很大貢獻。在作出貢獻的同時也出了很多成果,出成果就是出人才了。我們到很多國家去訪問,其中有些國家搞航天的都是老同志在干,都是50歲、60歲、70歲的人在干,年輕人很少,所以他們特別羨慕我們國家。

  新華網記者:是因為我們的傳幫帶做得很好?

  吳偉仁:傳幫帶是一方面,關鍵是國家經濟的發展,對航天的投入以及國家政策,這幾個方面綜合起來,能夠吸引一些人,留住一些人,事業留人。

  這次征名主要是月球車征名,其實不光是月球車,實際上著陸器里面也是非常復雜的,而且著陸器不論是工程上、經費上,還有人員投入上,都是很重要的。但是這次沒有為著陸器征名,而是為月球車征名,所以很多人把焦點都放到月球車上了。應該說這次著陸器、月球車不是哪一個單位能干出來的,是航天系統、科學院系統以及其他一些行業,比如說電子、兵器,他們都作出很大貢獻,包括一些大學在基礎研究、在前期的理論研究中都作出了很大貢獻,最后是一個大協作的產物。所以既有競爭,更重要的還是有合作,合作的成分多于競爭。由于有競爭大家有勁頭,使設計等各方面更完美、更精細、更準確,但是合作最后出成果,所以合作很重要,最后的成功是大家的合作,不是哪家能獨立完成的。

  新華網記者:月球車花了多長時間制造?

  吳偉仁:整個“嫦娥三號”工程大概是5年多。

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