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嫦娥三号

来源:中文百科专业版 浏览: 发布时间:2020-05-29

嫦娥三号探测器

“玉兔号”月球车

嫦娥三号,即嫦娥三号探测器中国嫦娥工程二期中的一个探测器,是中国第一个月球软着陆的无人登月探测器。于2013年12月2日在中国西昌卫星发射中心由长征三号乙运载火箭送入太空,当月14日成功软着陆于月球雨海西北部,15日完成着陆器巡视器分离,并陆续开展了“观天、看地、测月”的科学探测和其它预定任务。2013年12月16日,中国官方宣布嫦娥三号任务获得成功。2016年8月4日,“玉兔号”月球车正式退役。自2013年12月14日月面软着陆以来,嫦娥三号月球探测器创造了全世界在月工作最长纪录。2017年1月9日,嫦娥三号工程获国家科学技术进步奖一等奖。

嫦娥三号探测器由月球软着陆探测器(简称着陆器)和月面巡视探测器(简称巡视器,又称玉兔号月球车,英文:Yutu,或Jade Rabbit)组成。

着陆器:嫦娥三号着陆器携带了地形地貌相机、降落相机、月基光学望远镜、极紫外相机4种科学仪器。

巡视器:巡视器(“玉兔号”月球车)携带了全景相机、测月雷达、红外成像光谱仪、粒子激发X射线谱仪等4种科学仪器。

关键技术

嫦娥三号的整个探测过程中,包括地月转移、环月、软着陆、巡视勘察几个阶段,需要攻克多项关键技术。它与嫦娥-1、2都不一样,是一次性进入距月球100km高的圆轨道。因为能源受到限制,嫦娥-3运行一段时间后变成100km×15km的椭圆轨道。与发射、近月制动、变轨等阶段相比,落月更为关键。着陆是从距月面15km时开始下降,要在短短的几百秒内安全降落到月面预选着陆区,这是一个全新的、也是一个最重要的考验。

这当中的主要技术成就是研制了很多新的敏感器:微波测距、测速敏感器、激光测距敏感器、激光三维成像敏感器和光学成像敏感器,都是为了确保探测器实现安全区着陆。一开始我们在全国招标,有的设备很多的单位想做却做不下来,只好由中国空间技术研究院自己兜底,最后都成功研制出来了,由此也带动了我国很多敏感器的研制工作。

因为月球没有大气层,不能使用降落伞减速,只能是一边降落,一边用变推力发动机把速度降下来。由于在落月过程中嫦娥-3发动机推力变化很大,传统发动机无法达到所需的深度节流能力,所以相关单位专门研制了1500~7500N的变推力发动机,嫦娥-1、2是用490N发动机。7500N是国内最大的变推力发动机,除了用于软着陆,它还用于奔月过程中的轨道修正和进入月球轨道的轨道制动。由于月球表面凹凸不平,为避开大石头和大坑,在距月面约100m时,嫦娥-3能像直升机一样悬停,实现自主避障,这是世界第一。另外,着陆器的4条着陆腿的设计也很重要,每条腿上有2根拉杆缓冲器,没有液压装置,冲击能量全部靠材料吸收,研制中也曾经历了多次断裂,现在成功了,看起来都很简单,过程却是艰辛的,这是完成“落”的问题。

月球的1天约相当于地球的28天,月夜和月昼各占1/2。在月球上,受光部位的极限温度可达150℃,夜间温度会降到-180℃,有些地区甚至低至-200℃。为解决月球昼夜极端温差的考验,嫦娥-3首次采用了同位素热源以及两相流体回路、可变热导热管、隔热组件、散热面设计、电加热器、低重力环境下机构的重复展开与收拢技术、月尘环境下机构的润滑与密封技术等,以确保探测器系统顺利度过月夜:月夜时断电,同位素热源使温度保持在-20℃以上;月昼时,通过光照自主唤醒工作。这是全球首创的重力驱动热控两相流体回路以及此前从未在星上用过的可变热导热管,需要时将热量导入舱内,不需要时切断传热途径。

嫦娥-3着陆器和玉兔号巡视器的设计寿命分别是1年和3个月。到目前为止,着陆器上的月基天文望远镜等有效载荷及工程参数测量设备工作正常。嫦娥-3月球着陆器已经创造了全世界在月工作的最长纪录,到目前还在工作。

简单说起来,嫦娥-3解决了“落得下去”、“走得起来”,而且寿命很长。

探月过程

2014年3月14日6时42分,“玉兔号”月球车收到了正常遥测信号,成功地自主唤醒。此前,嫦娥三号着陆器于2014年3月12日15时21分已实现自主唤醒。进入第四月昼工作期后,着陆器和月球车搭载的载荷重新开机,按计划开展有效探测工作。

在此前三个月昼工作期,着陆器工作正常。着陆器上搭载的有效载荷月基天文望远镜、极紫外相机以及工程载荷月尘测量仪完成了既定的探测任务,获得了大量的科学和工程数据。进入新的月昼工作期后,这些载荷将进行长期的有效探测,以获得更多科学数据和探测成果。着陆器已转入长期管理模式。

自2013年12月14日实现月面软着陆以来,“玉兔号”月球车经历了三个月夜极低温度考验,迎来了第四个月昼。按照工作计划和相关程序,月球车将转入长期管理模式。月球车此前出现的机构控制异常问题仍未排除,有关方面仍在继续进行故障排查工作。月球车其它功能正常,车上的全景相机、测月雷达等四台有效载荷按计划开展了科学探测。在此后的月昼工作期间,月球车搭载的设备将根据需要在地面控制中心的指挥控制下开展后续探测工作。

嫦娥三号着陆器和“玉兔号”月球车在三个月昼工作期间,圆满完成了工程任务,获取了大量工程数据和科学数据,为今后月球探测和科学研究打下了坚实基础。

2014年1月25日凌晨,嫦娥三号月球车进入第二次月夜休眠。但在休眠前,受复杂月面环境的影响,月球车的机构控制出现异常。2014年2月10日,第一次玉兔号唤醒失败。2014年2月12日夜,玉兔号月球车已全面苏醒,状态趋于好转,但是出现问题的“机构”仍然有待进一步恢复。

2014年12月14日21时14分,嫦娥三号登陆月球已满一周年,北京航天飞控中心也实现了精心护航嫦娥三号着陆器月面安全工作一年的预定工程目标。

2016年1月5日上午,国防科工局正式发布国际天文学联合会批准的嫦娥三号探测器着陆点周边区域命名为“广寒宫”,附近三个撞击坑分别命名为“紫微”、“天市”、“太微” 。此次成功命名,是以中国元素命名的月球地理实体达到22个。

2016年2月,国家天文台对外发布了“嫦娥3号”在月面拍摄的全部图像数据,其中包括数以千计此前从未被公开过的高清真彩色月面图像。

2016年2月18日14时32分,设计寿命1年的嫦娥三号着陆器成功自主唤醒,已在月面运行管理797天,超期服役14个月,月基天文望远镜等有效载荷及工程参数测量设备工作正常。

2016年4月,嫦娥三号和玉兔月球车拍摄的迄今为止最清晰的月面高分辨率全彩照片首次公布,让全世界看到了一个真实的月球,也给全世界科学家研究月球提供了第一手资料。

2016年8月4日,在超负荷工作19个月之后,玉兔号”月球车正式退役,停止了长达31个月的工作。

科研成果

完成首幅月球地质剖面图

为了更好了解月球,“嫦娥三号”首次使用了一台新研制的测月雷达,利用它“嫦娥三号”完成了首幅月球地质剖面图,展现了月球表面以下330米深度的地质结构特征和演化过程,并发现了一种全新的岩石——月球玄武岩。通过这些数据,可以了解月球从形成到现在的演变历史。

完成首次天体普查

在观测太空方面,“嫦娥三号”上首次使用了一台光学望远镜,它就像是“嫦娥三号”着陆器的一双眼睛。由于月球没有大气层,相当于一个没有云层的“透明”球体,所以在抬头仰望太空的时候,就不会受到云层的干扰。这样一来,就可以把“目光”投向任何一片天空。

此外,由于月球转动周期相对较慢,为观测同一个天体的变化情况提供了便利。于是科学家利用月基光学望远镜,给月球北极上方区域的天体做了一次科学普查。

中科院国家天文台研究员魏建彦表示,这相当于人类的人口普查一样,它是人类历史上在紫外波段的第一次“巡天”。以后,天文学家在历史上可以不断用它做对比研究。

首次证明月球没有水

中科院国家天文台研究员魏建彦称:“我们测量了月球地表层以上水的含量,得到了有史以来最低的一个测量值,这个测量值符合预期。”这是首次明确证明月球上没有水。

首次获得地球等离子体层图像

“嫦娥三号”的另一个重要任务,就是观察它的故乡——地球。在地球周围有几道天然屏障,其中第一个就是等离子体层,它可以延伸到地球表面以外四万公里左右。着陆器上安装的全球首个极紫外相机,就是专门用来观测等离子体层变化的设备。

太阳风暴形成的巨大脉冲,会对围绕地球运转的人造天体,比如导航卫星、通信卫星等的通信功能造成严重破坏。将等离子体层变化作为监测太阳风暴的风向标,这是“嫦娥三号”独有的本领。目前极紫外相机已获取了1300多幅地球等离子体层图像数据。为空间天气预报提供了大量依据,保障了地面通讯,以及地面与航天器之间的通讯安全。

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