月夜生存的“护身符”

□ 蔡金曼

嫦娥三号任务 七大创新：

首次实现我国航天器在地外天体软着陆

首次实现我国航天器在地外天体巡视勘察

首次实现对月面探测器的遥操作

首次研制我国大型深空站，初步建成深空测控通信网

首次在月面开展多种形式的科学探测

首次实现探测器在极端温度环境下的月面生存

研制建设了一系列高水平特种试验设施，创新形成了一系列先进试验方法

2014年1月12日08时21分，嫦娥三号着陆器受光照自主唤醒。此前，“玉兔”号月球车已于11日05时09分实现自主唤醒。两器安全度过长达14天的第一个月夜的极低温环境，我国成功突破探测器月夜生存技术。

月夜生存是嫦娥三号落月后面临的一大难关。为突破长时间经受严寒难关，在月球上过夜，嫦娥三号携带了放射性同位素热源（简称RHU）飞天。其中，着陆器上配备2台RHU，“玉兔”巡视器上配备1台RHU。这是我国航天工程中首次应用核能源，突破了空间用核能源的辐射防护技术、地面试验验证技术、核源换装技术等技术瓶颈，填补了国内空白，为后续月球探测、深空探测等航天工程中利用核能奠定了坚实的基础。

探月二期工程是我国“十一五”规划纲要确定的重大空间型号项目，其工程目标是实现月球软着陆与自动巡视勘察，并突破月面软着陆技术、月面巡视探测技术、月夜生存技术等八项关键技术。

在空间型号任务中应用同位素核源对于中国来说尚属首次，没有相应经验和数据的积累，无法预计使用过程中可能会出现的问题。此次任务具有相当大的难度，却也势在必行。月球的自转周期约为28个地球日，月夜长达14个地球日，无太阳光照，月球局部表面温度最低可下降到-180℃。在这14个地球日的月夜里无法利用太阳能为探测器供热供电，探测器会因低温而永久失效。同位素热源特别适合于在无光照、极端高低温等恶劣环境中使用，具有高可靠性、长寿命等特点，根据美俄等国的经验，采用放射性同位素热源（简称RHU）是解决探测器月夜生存的最佳途径。

放射性同位素衰变时发射出来的高能带电粒子和射线通过与物质相互作用，最终被阻止和吸收，这时射线的动能转变为热能，使与之发生作用的物质温度升高。这种利用放射性同位素衰变能制成的热源，称为放射性同位素热源，简称RHU。RHU是静态的，产生的热能自发地按指数规律衰减，不需任何控制机构。

漫漫长夜时，休眠中的着陆器和“玉兔”月球车上的仪器就都靠核电池的能量来保温。而一旦一个新白昼来临，受阳光照射作用，当两器太阳翼帆板输出功率达到唤醒阈值时，着陆器和“玉兔”就能按照预定程序将一些关键设备通电开机，恢复与地面的通讯联系，随后，在地面控制下，建立正常工作状态。

目前，嫦娥三号着陆器和“玉兔”号月球车工作状态正常，地面各测控站和中心数据接收及处理正常。此次唤醒后，在月昼工作期间，嫦娥三号探测器将转入以科学探测为牵引的任务阶段。科研人员也正根据嫦娥三号探测器在第一个月昼期间获得的工程和科学数据开展相关研究工作。

2013年12月17～18日，地形地貌相机拍摄了一组着陆器周边360°范围的全景镶嵌影像图，采用方位投影方式表达（嫦娥三号休眠之前所拍）

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嫦娥三号休眠前所拍照片曝光

2013年12月14日～26日，嫦娥三号探测器搭载的八台有效载荷在第一月昼期间陆续开机，完成了探测或月面测试工作，并分别随着陆器和巡视器进入了月夜休眠状态。在月面测试阶段，除降落相机已完成预定任务外，肩负着开展科学探测使命的七台有效载荷性能稳定，获得了大量的探测数据。

探月工程地面应用系统和中国科学院为嫦娥三号任务组建的科学应用核心团队及有效载荷研制单位，对获取的测试数据进行了初步分析，表明各有效载荷工况良好，探测数据的获取、接收、传输、预处理正常，为嫦娥三号任务在第二月昼期间全面开展科学探测打下了坚实基础。

极紫外相机：成功获取地球等离子体层试观测结果

2013年12月16日，由中科院长春光机所研制的极紫外相机加电开机对地球进行了试成像，获取了63幅地球等离子体层图像数据。经过对数据进行消除噪声的处理，得到了对地球等离子体层的试观测结果。

降落相机：成功对着陆区进行光学成像

在嫦娥三号探测器实施软着陆过程中，由中国航天科技集团508所研制的降落相机成功对嫦娥三号着陆区进行了光学成像。在探测器成功软着陆后，地面应用系统共接收到降落相机所拍的着陆区月面图像4673幅。至此，降落相机已完成预定任务。

地形地貌相机、全景相机：圆满完成两器互拍成像任务

在月面测试阶段，由中科院光电技术所研制的地形地貌相机和中科院西安光机所研制的全景相机出色地完成了五次两器互拍成像任务。地形地貌相机还对着陆区周围月面进行了环拍，对地球进行了光学成像，对巡视器行走、机械臂投放收拢过程等进行了动态摄像；全景相机还对“玉兔”巡视器周围月面进行了环拍，图像清晰。至着陆器、“玉兔”巡视器月夜休眠，地形地貌相机也已完成预定任务。

月基天文望远镜：成功采集到天龙座天区星空图像

2013年12月16日，由中科院国家天文台和中科院西安光机所联合研制的月基光学望远镜先后在三个不同天区成功采集到天文图像。经过对所采集的图像进行了仪器效应改正以及背景扣除，还原了位于天龙座的三个不同天区在近紫外波段的真实星空图像，并通过信号提取及与光学天图、星表比对，测定了目标天体的天球坐标。

测月雷达：成功探测到月壳浅层分层信息和月壤分层结构

在月面测试阶段，由中科院电子所研制的测月雷达在巡视器行走过程中开机进行了测试，第一通道共获得3602道数据，第二通道共获得7611道数据。经初步分析，第一通道能够清晰地探测到巡视路线下的月壳浅层分层信息，第二通道能够探测到巡视路线下月壤的分层结构。

红外成像光谱仪：图像清晰，光谱特征明显

2013年12月23日，由中科院上海技术物理所研制的红外成像光谱仪开机进行了定标和数据采集等测试工作，获取了完整有效的可见近红外图像数据与短波红外光谱数据。经初步分析表明，可见近红外通道图像清晰，全谱段光谱特征明显。

粒子激发X射线谱仪：可识别出11种月面元素

2013年12月22日，由中科院高能物理所研制的粒子激发X射线谱仪开机进行了在轨标定打靶测试，获得了在轨标定玄武岩能谱，并对月面元素进行了就位试探测。经初步分析，从探测能谱中可识别出11种元素，包括镁(Mg)、铝 (Al)、硅 (Si)、钾 (K)、钙 (Ca)、钛 (Ti)、铬 (Cr)、铁 (Fe)、锶 (Sr)、钇 (Y)和锆 (Zr)。

美国LRO探测器相机所俯拍的嫦娥三号（下图）与嫦娥三号探测器拍摄的月面地形（上图）对比，可以看到两个月面坑洼的位置是一致的

嫦娥三号着陆器拍摄的“玉兔”月球车照片

地形地貌相机拍摄的巡视器侧面图像（2013年12月16日04时57分摄）