“嫦娥三號(hào)”將首次實(shí)現(xiàn)月球軟著陸和月面巡視勘察。在11月26日嫦娥三號(hào)任務(wù)首場(chǎng)新聞發(fā)布會(huì)上，國(guó)防科工局新聞發(fā)言人吳志堅(jiān)表示，嫦娥三號(hào)任務(wù)面臨7大難點(diǎn)，包括地面試驗(yàn)驗(yàn)證，多窗口、窄寬度準(zhǔn)時(shí)發(fā)射，月面軟著陸，兩器分離，月地間遙操作，月面生存，測(cè)控通信等7大關(guān)鍵技術(shù)。
針對(duì)這“七道坎”，中國(guó)航天科技集團(tuán)空間技術(shù)研究院研究員龐之浩和北大地球與空間科學(xué)學(xué)院教授焦維新。
1、地面試驗(yàn)
發(fā)射前開展很多模擬驗(yàn)證
在嫦娥三號(hào)發(fā)射之前，在前期要開展很多試驗(yàn)驗(yàn)證工作。比如，利用前期拍攝的一些照片通過(guò)配比來(lái)模擬月壤，模擬月球車在月壤上如何行駛，在模擬過(guò)程中考慮如何設(shè)計(jì)月球車，包括它的輪子等各個(gè)部件。月球車要承載儀器的話，如何設(shè)計(jì)它的承重量，因?yàn)樵虑蛏现亓κ堑厍蛏系牧种?，承重過(guò)程也需要模擬，50公斤放上去是什么情況，60公斤放上去是什么情況。此外，月球車的單個(gè)部件在下落過(guò)程中是什么樣，這些都需要非常多的前期試驗(yàn)和驗(yàn)證工作。
2、窄寬度準(zhǔn)時(shí)發(fā)射
“零窗口”發(fā)射留存更多動(dòng)力
探測(cè)器要與月球接近或相遇，必須在地球與月球處于一定的相對(duì)位置之前或之后的某個(gè)時(shí)間區(qū)間內(nèi)，瞄準(zhǔn)正在運(yùn)動(dòng)的月球進(jìn)行發(fā)射，這個(gè)時(shí)間區(qū)間就是發(fā)射窗口。
這次由于改進(jìn)了火箭，可以使用多窗口發(fā)射。嫦娥三號(hào)衛(wèi)星的發(fā)射窗口共6個(gè)，從12月2日至4日，每天兩個(gè)。其中，第一窗口寬度為4分鐘，第二窗口為1分鐘。窗口的確定受到多個(gè)因素的制約，包括地日月運(yùn)動(dòng)規(guī)律及太陽(yáng)對(duì)飛行過(guò)程中能源采集的影響、發(fā)射方向、地面跟蹤與測(cè)控條件、氣象條件等。
嫦娥三號(hào)會(huì)力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)“零窗口”發(fā)射。“零窗口”發(fā)射是指在一定長(zhǎng)度的發(fā)射窗口時(shí)間內(nèi)，緊貼窗口上沿即最優(yōu)時(shí)間，分秒不差地實(shí)施發(fā)射。比如，發(fā)射窗口為1時(shí)至1時(shí)30分，“零窗口”就是指1時(shí)整。在這個(gè)時(shí)刻發(fā)射，衛(wèi)星無(wú)需中途修正就能進(jìn)入預(yù)定軌道，同時(shí)又能在變軌過(guò)程中節(jié)省燃料，從而為后續(xù)工作留存更多動(dòng)力。
3、月面軟著陸
探測(cè)器如何“落月”是難點(diǎn)
這可以說(shuō)是“七道坎”中難度最大的之一。月球沒(méi)有大氣層，所以在月面軟著陸，不能利用空氣阻力而使用降落傘。
探測(cè)器在距離月面100米的地方要懸停，它會(huì)通過(guò)光學(xué)成像敏感器等在接近月面時(shí)進(jìn)行壁障——即選擇一個(gè)沒(méi)有大坑和石頭、比較平坦的地方著陸。
選定著陸點(diǎn)后，再繼續(xù)緩速下降，在離月面4米的時(shí)候，探測(cè)器關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)自由下降。因?yàn)樵虑虮砻嬗性聣m，如果發(fā)動(dòng)機(jī)不關(guān)閉，月塵會(huì)影響探測(cè)器的工作。
按計(jì)劃，嫦娥三號(hào)將在月球虹灣區(qū)著陸。虹灣區(qū)相對(duì)比較平坦、通訊好、陽(yáng)光好，其他國(guó)家還沒(méi)有去勘察過(guò)。
4、兩器分離
“玉兔”從探測(cè)器解鎖
嫦娥三號(hào)探測(cè)器由著陸器和巡視器（“玉兔”號(hào)月球車）組成。
兩器分離指的是，探測(cè)器月面著陸以后，巡視器即“玉兔”號(hào)要從著陸器中下到月面，這一步難在一系列復(fù)雜的動(dòng)作，包括把“玉兔”號(hào)從探測(cè)器里“解鎖”，“玉兔”號(hào)移動(dòng)到轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)上。如果這個(gè)過(guò)程中出現(xiàn)了控制或機(jī)械方面的問(wèn)題，就完成不了任務(wù)。這就好比我們?cè)诘孛嫱嬉恍C(jī)械結(jié)構(gòu)，只要有一個(gè)地方卡住了，就玩不了了，因?yàn)橐画h(huán)套一環(huán)，是非常復(fù)雜的一系列動(dòng)作。
5、月地間遙操作
探測(cè)器可遙控可自主控制
這個(gè)可以理解為“遙控探測(cè)器”。 嫦娥三號(hào)探測(cè)器的著陸器和巡視器（“玉兔”號(hào)月球車），既可以進(jìn)行自主控制，又可以通過(guò)地面來(lái)遙控。地面控制中心會(huì)根據(jù)上面的數(shù)據(jù)，包括全景相機(jī)拍攝到的著陸地點(diǎn)的地形地貌等，進(jìn)行路徑規(guī)劃，給探測(cè)器發(fā)送數(shù)據(jù)。
但是大的路線圖規(guī)劃好了以后，局部的行進(jìn)過(guò)程，探測(cè)器就可以自主地控制進(jìn)行巡視探測(cè)。比如遇到小的坡，巡視器可以自己自主爬坡。這種遙控對(duì)我們來(lái)說(shuō)是首次，因?yàn)橐郧皼](méi)有發(fā)射過(guò)落月的探測(cè)器。在地面遙控探測(cè)器就如同平時(shí)遙控遙控車，遙控車在地面還不一定能遙控好，這次要距離38萬(wàn)公里遙控探測(cè)器，在信號(hào)保障等方面是一個(gè)挑戰(zhàn)。
6、月面生存
首次攜帶核電源夜間供電
這可以說(shuō)是“七道坎”中另一個(gè)最難之一。 月球一天相當(dāng)于地球27天，13天半是白天，13天半是黑夜，白天溫度高達(dá)150攝氏度，晚上則是零下180攝氏度，溫差很大。所以，在13天半的黑夜和低溫下，儀器容易凍壞。
如果要實(shí)現(xiàn)月夜生存，要保持儀器處于零上50攝氏度到零下40攝氏度之間，所以這次采用了多種方式來(lái)保障，包括攜帶核電源，這也是我國(guó)探測(cè)器首次使用核電源，它能在沒(méi)有陽(yáng)光照射情況下對(duì)儀器保持供電。
另外，月球沒(méi)有大氣層保護(hù)，各種輻射容易到達(dá)月面，這對(duì)儀器的抗輻射性能提出了很高的要求。
7、測(cè)控通信
已建深空測(cè)控網(wǎng)測(cè)控月球
嫦娥三號(hào)要進(jìn)行落月以及月球車對(duì)月球的巡視勘察，需要極為精確的測(cè)控控制。好的測(cè)控控制能夠提供更高的測(cè)量精度、更大的傳輸速率，延時(shí)將更少，可以獲得清晰度更高的圖像或?qū)崟r(shí)視頻信息。
這次使用了X頻段航天測(cè)控網(wǎng)，嫦娥一號(hào)使用的S頻段，嫦娥二號(hào)以S為主、X頻段為輔進(jìn)行試驗(yàn)。X頻段在深空探測(cè)領(lǐng)域很重要，因?yàn)轭l率高，傳遞信號(hào)快，抗干擾性很強(qiáng)，也很可靠。
為了嫦娥三號(hào)任務(wù)，我國(guó)也建立了一套深空測(cè)控網(wǎng)站，在佳木斯建了一個(gè)66米的大型測(cè)控網(wǎng)站，在新疆喀什建立了一個(gè)35米的大型測(cè)控網(wǎng)站，不但具備了對(duì)月球的測(cè)控能力，也為以后深空探測(cè)（包括火星探測(cè)）奠定了非常好的基礎(chǔ)。
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