探月路上的中国印记

2014-03-04 09:30
大众科学 2014年1期
关键词:着陆器月球车玉兔

2013年12月2日,西昌卫星发射中心再次成为世人关注的焦点。长征三号乙运载火箭正静静矗立在二号发射塔架上,箭体上“中国航天”四个大字格外醒目。火箭顶部的整流罩上,中国探月工程的标志——“半轮明月,一双足迹”清晰可见。包裹着火箭和嫦娥三号的发射塔依旧静静地伫立着,在大凉山的包围中更显庄严威武。“各号注意,30分钟准备!”崇山峻岭间,传来任务01指挥员鄢利清沉着响亮的口令声,3年前的嫦娥二号卫星也是由他下达的点火发射口令。

01:26 倒计时

低温燃料加注完毕“5分钟准备!”

燃料加注手们身穿防静电服、手戴棉质手套,熟练而小心地为火箭添加“动力”——温度极低的液氢和液氧。此项工作将一直持续到发射前负4分半钟才能完成,对加注精度要求非常高,任何一个细节出问题都可能造成发射终止。尽管任务艰巨使命重大,但中心操作手们早已练就了一身过硬绝活,保证了历次发射无一失手。

2日1时26分,低温燃料加注完毕。场区内,其他岗位人员已开始撤离。

各路人马进入最后临战状态:远控楼内,电测、遥测、外测等系统技术人员,正按规程对火箭作最后的测试检查;指控中心大屏幕上,各类数据、图表频频变化,调度口令声此起彼伏;瞄准间里,科研人员正用瞄准仪密切监测发射架上的一个小窗口,对火箭姿态进行最后的精瞄:场坪四周不远处,消防车、安全保障组随时待命。这一切,既严阵以待又有条不紊。塔台上工作人员已经全部撤离,“巨龙”矗立在夜幕中整装待发,等待着一飞冲天的壮美。

01:30 点火“零窗口”发射“1分钟准备!”所有人的心都提到了嗓子眼上。“……5、4、3、2、1,点火!”1时30分,鄢利清发出铿锵有力的口令,发射控制台操作手白春波果断地按下红色点火按钮。霎那间,火箭底部喷出橘红色的火焰拔地而起,“隆隆”的怒吼声响彻山谷,巨大的火焰将导流槽内400吨水瞬间化为气体。

火箭升空的那一刻,虽然天空看不见月亮,但火箭喷出的烈焰在天幕上形成了一道明亮而美丽的光环。一声仿佛空气被撕碎的声音瞬间爆发,轰鸣声向四周群山压来,站在千米之外的许多人不由自主地捂上了耳朵。

起飞约10秒后,火箭按程序转弯。向东南方向望去,火箭化作一颗明亮的星星,缓缓飞向浩淼的太空。“火箭完全按照‘零窗口准时发射。”发射场系统副指挥长赵民看着指控大厅屏幕显示的发射时间说,这不仅可以保证嫦娥三号精确进入地月转移轨道,而且还节省了燃料,为探测器的后续工作留足动力。

01:48 器箭分离

火箭精确入轨

当火箭腾空而起的那一刻,整个探月工程的上万名参试人员一起启动数万台套设备。由北京航天飞行控制中心,西安卫星测控中心,青岛、厦门、喀什、佳木斯等测控站以及远望号海上测量船上组成的测控网对火箭实时跟踪。“火箭飞行正常”“跟踪正常”“遥测信号正常”……清脆Ⅱ向亮的声音在这个被称为“菠萝沟”的山谷中回荡。

发射场指控中心大厅的巨大屏幕上,各类数据、图表随着火箭的飞行轨迹频频变化,三维环境下的全程数据实时仿真系统以三维动画,真实、直观地显示着火箭的飞行状态。

今年以来,西昌卫星发射中心先后建成了远距离测发指挥监控系统、测控指挥监视可视化系统,完成了包括测控设备更新换代等在内的上百项技术改进,进一步提高了发射的可靠性。

火箭一二级分离、火箭二三级分离,三级发动机一次关机、三级发动机二次点火、三级二次发动机关机,器箭组合体始终保持正常飞行姿态。

这是西昌卫星发射中心组建以来的第83次发射,也是全世界第130次月球探测活动。

1时48分许,指控大厅传来了期盼已久的声音“器箭分离”。此前一直紧绷着神经的工作人员,脸上露出了轻松的笑容,经历了多次发射任务的他们已经习惯于用这种较为平静的心态来面对取得的又一次新成绩。

02:18 太阳翼展开

嫦娥三号发射成功

北京航天飞行控制中心传来数据显示,卫星在太平洋上空正以约每秒11公里的速度进入近地点210公里、远地点36.8万公里的地月转移轨道。

按照科学家设计的奔月路,嫦娥三号接下来将经过主减速段、快速调整段、接近段、悬停段、避障段、缓速下降段等6个阶段的减速,实现从月距面15公里的高度下降至月球表面。

2时18分许,太阳翼展开。对于在轨运行的嫦娥三号来说,太阳是其电能的主要来源。

西昌卫星发射中心主任张振中宣布:嫦娥三号发射取得圆满成功!

此时,嫦娥三号卫星在浩淼太空中快速飞行。月宫,正期待着这位中国访客的到来……人群中爆发出热烈的掌声,为此次发射任务辛苦工作3个多月的参试人员脸上露出酣畅的微笑。

12月14日

21:11 完美着陆

在广袤的太空遨游了12天的嫦娥三号,在距地球约38万公里的月球表面,变推力发动机再次开启,以每秒1.7公里速度环月飞行的嫦娥三号从距月面15公里处实施动力下降。距月面约100米时,嫦娥三号暂停脚步,用三维成像敏感器对着陆区进行精确障碍检测,选择最安全的着陆点。

21时11分,变推力发动机关机,嫦娥三号依靠自身重力下落。着陆腿稳稳地“站”上月面,嫦娥三号成功着陆。这是我国探测器首次登上地外天体,中国成为世界上第三个实现月面软着陆的国家。

落月是整个任务最关键阶段,新研制设备性能是否可靠、月面未知地形是否满足着陆要求,都带来了风险。为规避风险,科研人员攻克了着陆的自主导航控制、着陆推进和着陆缓冲等关键技术。

12月15日

04:35 中国印记

凌晨3时的北京夜色寂静,而38万公里以外的月球还是沐浴着阳光的上午。在月球虹湾地区,慢慢地、稳稳地,“玉兔”开始向转移机构移动。近一小时的谨慎“摸索”后,“玉兔”已站立在转移机构前端。endprint

4时06分,托举着“玉兔”的两条“扶梯”轻触月面,在着陆器与月球之间架起一座桥梁。“玉兔”随后沿斜梯款步而下。4时35分,“玉兔”踏上月球,车轮在月面印出两道清晰可见的痕迹。这是中国探测器留在地外天体上的第一串“脚印”。

嫦娥三号探月是中国航天领域迄今最复杂、难度最大的任务,需要突破月面软着陆、两器分离、月地间遥操作、月面生存、测控通信和地面试验验证等多重难关。在实现软着陆之后,月球车成功分离是开展后续工作的第一步。

15:23 精彩互拍

在虹湾地区布满砾石和尘埃的灰黑色月面上,着陆器被阳光照得一片金色,月球车“胸前”的五星红旗鲜艳夺目——着陆器和月球车用各自携带的相机互相拍照,照片数据完整、图像清晰。

国旗展现在屏幕上的那一刻,北京飞控中心掌声骤起。这是五星红旗在地外天体上的第一次“留影”。中国探月工程总指挥马兴瑞随后宣布,嫦娥三号任务取得圆满成功。“两器”成功互拍意味着它们携带的载荷安全抵达并顺利工作,这次“实现软着陆、开展就位探测和巡视勘查”的目标已经实现。在接下来的三个月甚至更长的时间里,月球车和着陆器还将开展更多科学探测。

继成功落月、两器分离后,2013年12月15日,嫦娥三号的另一精彩看点成功上演。正在月球上开展科学探测工作的嫦娥三号着陆器与“玉兔”巡视器,在相距10米的位置相互拍照。

电视画面中,“玉兔”身上的五星红旗出镜,这是中国国旗在地外天体上的第一次留影,其意义可见一斑。

当日23时46分,探月工程总指挥马兴瑞宣布:“嫦娥三号着陆器、巡视器互拍结束,数据传输正常,数据完整,图像清晰,巡视器和着陆器工作状态良好,达到了工程既定的目标。”

这意味着,嫦娥三号任务取得圆满成功。“中国征服了月球!”12月15日,《俄罗斯报》的赞叹也代表着当天国际舆论的主流声音。英国《卫报》发评论称:“这是一次科学的胜利。”

12月16日,行走在月球表面的嫦娥三号携带的8台科学仪器已经有5台开始工作,其中包括人类首台月基光学望远镜。国防科工局新闻发言人吴志坚当天表示,目前,研制进展顺利的嫦娥五号,预计于2017年前后完成探测器研制,择机发射。

十年探月

中国月球探测计划首任首席科学家欧阳自远参与并指导中国月球探测的短期目标与长远规划的制定。2011年,他曾断言:“月球探测以及未来的深空探测,都将有我国的一席之地,我们一定会把中国的旗帜插到月球上去。”

如今,他仍清晰地记得,当年他拿到美国赠送给中国的0.5g月球岩石样品时,小心翼翼又激动不已。

20世纪末以来,包括美国、欧盟、日本、巴西、印度、韩国等多个国家都提出要“重返月球”。2004年,中国正式开展月球探测,并命名为“嫦娥工程”。

事实上,中国航天科技工作者早在1994年就进行了探月活动的研究,经过数年酝酿,最终确定中国无人月球探测工程分为“绕”、“落”、“回”3个阶段。

第一步“绕”,即2007年10月24日,我国发射的第一颗月球探测卫星嫦娥一号,用以获取月球表面的三维影像,探测月球表面有用元素含量和物质类型,探测月壤特性,并在月球探测卫星奔月飞行过程中探测地月空间环境。

2010年10月1日,嫦娥二号顺利发射,用以获得更清晰,更详细的月球表面影像数据和月球极区表面数据。

2013年12月2日,在西昌卫星发射中心,嫦娥三号发射,这也是中国无人月球探测工程的第二个阶段——“落”。在这一阶段,探测器软着陆月球,开展着陆器就位探测和月球车的巡视探测。

此次嫦娥三号肩负三项科学任务:对着陆区与巡视区的地形地貌与地质结构进行调查:对着陆区与巡视区的矿物组成和化学成分进行综合就位分析;对地月空间和月表环境进行探测,并以月球为平台观测地球和太空。

嫦娥三号探测器由着陆器和月球车组成,它们各配置了4种有效载荷。着陆器上的是地形地貌相机、降落相机、月基光学望远镜和极紫外相机。“玉兔”号上有全景相机、测月雷达、红外成像光谱仪和粒子激发X射线谱仪,软着陆后它们进行分时工作。

这些载荷大多是中国科学家首次研制用于月球探测。它们将完成巡天、观地、测月等任务。月基光学望远镜是人类首次把望远镜架上月球,极紫外相机将首次从月球对地球等离子体层进行观测。

嫦娥三号身上集聚了我国在航天领域的多项领先技术。嫦娥奔月是对中国科技力量的完美演绎。“绕、落、回”三期任务的完成只是探月工程的新起点。未来,是否把中国宇航员送上月球、后续探月工程也正在加速实施。(综合新华网、欧阳自远院士提供相关资料整理而成。)endprint

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