“軟著陸”是相對于“硬著陸”方式而言的。通常有兩種意思,一種是物理意義上的著陸,另一種則是引申意義的著陸。軟著陸是航天器經(jīng)專門減速裝置減速后,以一定的速度安全著陸的著陸方式。
我國嫦娥三號探測器將在近月點(diǎn)15公里處進(jìn)行動力下降,接著實(shí)現(xiàn)月面軟著陸,然后再進(jìn)行月面巡視勘察。這15公里的動力下降,是以拋物線下降。探測器的相對速度要從1.7公里/秒逐漸減為0,過程主要靠探測器自主來完成,人工干預(yù)的可能性幾乎為零。距月面100米處時(shí),探測器還要懸停,對月面進(jìn)行拍照,避開障礙物,尋找著陸點(diǎn)。對于地面工程人員來說,這一過程尚屬首次,存在兩大風(fēng)險(xiǎn)。一是關(guān)鍵設(shè)備都是新研制的,包括GNC系統(tǒng)(制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制系統(tǒng))和我國首臺全新的7500牛變推力空間發(fā)動機(jī)。二是軟著陸區(qū)域的地形地貌存在一定程度的不確定性。
在整體著陸過程中,首先要提到的是它的動力系統(tǒng)。不同于嫦娥一號和二號使用的固定推力的490牛發(fā)動機(jī),嫦娥三號使用了先進(jìn)的大推力變推力發(fā)動機(jī)。這一方面是由于嫦娥三號質(zhì)量大增,單臺490牛發(fā)動機(jī)無法支持探測器的垂直降落,但更主要的是為了靈活調(diào)節(jié)在軟著陸下落過程中的推力。嫦娥三號使用了我國航天動力研究院專門研制的1500~7500牛變推力發(fā)動機(jī)作為推進(jìn)系統(tǒng)的主發(fā)動機(jī),這臺變推力發(fā)動機(jī)不僅用于嫦娥三號的軟著陸任務(wù),還將用于完成嫦娥三號直接奔月軌道飛行期間的中途修正、近月制動和變軌任務(wù)。
按照預(yù)定程序,嫦娥三號在100千米高度圓形繞月軌道運(yùn)行數(shù)圈穩(wěn)定狀態(tài)后,變推力發(fā)動機(jī)將擇機(jī)點(diǎn)火,使嫦娥三號減速進(jìn)入100千米×15千米橢圓形軌道,但嫦娥三號在15公里近月點(diǎn)時(shí)仍有高達(dá)1.6千米/秒的高速度。所以變推力發(fā)動機(jī)在15千米近月點(diǎn)要再次點(diǎn)火,并進(jìn)行較長時(shí)間的持續(xù)工作,將嫦娥三號的水平速度快速降低,當(dāng)嫦娥三號高度降低到2千米左右時(shí),其水平速度將降低到0千米/秒。隨后,姿控發(fā)動機(jī)將嫦娥三號姿態(tài)從底部朝前調(diào)整為底部朝下,開始進(jìn)入垂直受控下落階段。嫦娥三號將在變推力發(fā)動機(jī)的反推下逐漸下落,在距離月面100米高度進(jìn)行懸停,通過星載的著陸相機(jī)拍攝月面地貌,智能選取合適的著陸場區(qū)。嫦娥三號最后下降到4米高度后,變推力發(fā)動機(jī)先將垂直速度降低到0米/秒,隨后關(guān)機(jī),嫦娥三號以自由落體降落在月球表面。
可見,嫦娥三號的軟著陸過程非常復(fù)雜,變推力主發(fā)動機(jī)在其中起到了至關(guān)重要的作用,是嫦娥三號研制的主要難點(diǎn)之一。