当前位置:彩世界注册 > 彩世界注册 > “探月俱乐部”60年来不断扩容【彩世界注册】

“探月俱乐部”60年来不断扩容【彩世界注册】

文章作者:彩世界注册 上传时间:2019-10-29

  软着陆技术让当时的工程师了解到月球表面土壤大致密度,以及接近在近月面层上会出现何种情况,登月过程中需要在哪个高度上控制登月舱,确保软着陆过程中不会"踩"到月球上的撞击坑,造成登月舱倾倒。典型的软着陆任务由美国国家航空航天局在1966年至1968年执行的勘察者探测器,除了两次任务失败之外,共有5艘勘察者探测器成功登陆月球表面,降落点分布较广,比如风暴洋、静海、第谷撞击坑等,这些都是美国国家航空航天局试图进行载人登陆的地点,证实勘察者系列探测器的任务使得当时的美国人认为月球表面是可以满足软着陆要求的,也就是说可以满足人类站在月球表面上,我们现在回溯这个探索历程,觉得有着不可思议,毕竟那个年代对月球的了解积累几乎没有,完全依靠几个拿起来就用的航天器技术对月球表面进行探测,并根据这些数据来制定载人登月计划。

嫦娥落月,即将在今晚9点多上演。由着陆器和“玉兔”号月球车组成的“嫦娥三号”预计将于今晚在月球虹湾区软着陆,这将是此次嫦娥三号任务最大的看点。明晚,月球车要和着陆器“说再见”,两器分离后,月球车将在月面进行为期3个月的科学勘测,着陆器则不会“挪窝”,在着陆区原地探测。  在整个落月过程中,嫦娥将经历与地球失去联系的黑色720秒,这段时间里,着陆器导航与控制系统的敏感器,将充当“大脑”,指挥着陆器平稳降落。   为何绕了8天才落月?   嫦娥三号于本月2日发射升空,于6日进入高度为100公里的环月圆轨道。对于已近在咫尺的月球,嫦娥三号为何还要绕飞8天后才着陆?据专家介绍,这主要由落月时间和区域决定。一方面,为能在高温到来前完成月球车与着陆器分离,嫦娥三号须在月球的上午着陆,这就限制决定它要多飞几天;另一方面,嫦娥三号此前并不在着陆区虹湾所在轨道面内,而要等到月球转至虹湾区时才降落。   落月全程12分钟   据悉,嫦娥三号将在近月点15公里处以抛物线轨迹下降,相对速度从每秒1.7公里逐渐降为零。过程经过主减速、快速调整、接近、悬停、避障和减速下降等阶段,实现在月球虹湾区的软着陆。整个过程大概需要12分钟。   具体来说,由于月球表面几乎没有大气层,不能利用降落伞降落,为了减缓嫦娥三号的降落速度,着陆器底部的发动机反推着陆器。当着陆器降落至距离月面100米高度时,悬停在空中,着陆器下方的降落相机充当眼睛的作用,着陆器根据其拍摄到的月面信息,再平移到平缓的区域,垂直下降,但仍然需要用发动机反推,降低下降的速度。   当着陆器降落到距离月表4米高度时,着陆器悬停在空中,关闭反推发动机,着陆器以初速度为0的自由落体方式降落,并将腿部支架扎进土层。   如果一切顺利,“嫦娥”所带的降落相机将记录中国航天器首次地外天体软着陆的精彩瞬间。   难关1   能否及时“刹车”   准确降落   好比在高速路上飞驰的汽车,速度慢了耽误时间,速度太快又不能及时刹车,错过了目的地,或者一头撞上去,都不能完成任务。能否在指定的月球虹湾区域准确落下,是嫦娥三号探测器实施软着陆首先面临的难题。   在嫦娥“三姑娘”之前,嫦娥一号和嫦娥二号两姐妹已解决了绕月飞行的技术问题。这一次,嫦娥“三姑娘”则要解决绕月成功后,能不能在指定区域落下来的问题。   在人类探测器软着陆月球的历史中,就有过没能“刹住车”的先例,比如美国1962年发射的徘徊者3号,从距月球36793千米处飞过,“刹车”失败。   所以,嫦娥三号的“刹车”时间是否合适、远近距离是否准确,都是此次任务的技术难点和关键。为此,北京飞控中心已做了充分的准备。   着陆是探月最难一环   难关2   下降过程嫦娥   完全自主   落月过程中,要实时测量探测器运动的速度、高度,随时调整,而且月面地形地貌很复杂,还要寻找安全的着陆区等,“这些工作都要在很短的时间内完成,而且完全靠探测器自主完成,所以自主导航控制是个难点。”嫦娥三号探测器系统总设计师孙泽洲说。   15公里开始的“动力下降”阶段,被业内人士形容为最惊心的环节,也称黑色720秒。嫦娥三号要完全依靠自主导航控制,完成降低高度、确定着陆点、实施软着陆等关键动作,人工干预的可能性几乎为零。“在这个时段内,测控都跟不上了,只能事先把程序设定好。”嫦娥三号探测器系统副总指挥谭梅表示。   着陆器GNC(制导导航与控制)系统设计了专门的敏感器,进行对月测速、测距和地形识别,确保探测器在着陆段自主制导、导航与控制。   难关3   真空下降落能否顺利减速   月球上没有大气,这就决定了月面着陆与地球着陆方式完全不同,它是真空状态下的软着陆。   “没有大气也就意味着不能利用空气摩擦实现减速。嫦娥三号探测器要实现月面安全软着陆,传统火箭发动机和推进系统无法完成这一任务。因为在月球这一无大气天体表面进行的软着陆机动飞行中,传统发动机无法实现推力的变化。”孙泽洲说。   为此次任务新研制的7500牛变推力发动机,能够进行连续可调节变推力,进而对嫦娥三号实现精准控制,很好地解决了这一难题。但由于是首次研制和使用,7500牛变推力发动机最终的表现如何,还有待实践的考验。   难关4   落月点小环境未知风险大   嫦娥三号着陆地点,选在较为平坦的虹湾区域。但最终的落月点选择,仍存在一定难度。   “月球表面从宏观的方面来说相对还是比较平坦的,但小范围,比如50米×50米或者10米×10米的小环境,它的地形地貌是什么样子,我们不是很清楚,也不知道最终会降落到什么地方,这对我们而言是一个很大的考验。尽管采取了很多措施,但风险还是比较大,因为那里的月石、月坑很多,可能碰到石头,也可能碰到壕沟,这些情况都可能存在。”吴伟仁说。   难关5   着陆冲击力或让嫦娥跌倒   当探测器着陆在月面时,着陆器撞击月面会形成较大的冲击力,这可能造成探测器出现翻倒的情况。在美苏以往的月球探测器软着陆历史中,发生过“软着陆”变“硬着陆”的情况,比如苏联1965年发射的月球8号就是撞击了月面,软着陆失败。   另外,着陆器落在月球会激扬起月尘,月球尘埃如果附着于探测器表面,能引起光学系统灵敏度下降、机械结构卡死等故障。同时由于月球表面覆盖着一层松软且崎岖不平的月壤,这些都给着陆带来了困难。   对此,研制团队充分考虑了月壤物理力学特性对着陆冲击、稳定性的影响以及月尘的理化特性等,采用特殊的材料、设计和工艺,研制出全新的着陆缓冲系统,解决上述难题,确保探测器实施软着陆过程中,在一定姿态范围内不翻倒、不陷落,并为探测器工作提供牢固的支撑。   据了解,着陆器底下四个金属腿型结构将起到缓冲作用。着陆器还设有缓冲拉伸杆,也是缓冲吸能部件,主要任务是吸收着陆时的冲击力。   探测器的着陆缓冲机构能否经受住考验,今晚将见分晓。

彩世界注册 1

  月球任务中使用软着陆技术可追溯到美苏登月竞赛阶段,那个时代是对月球进行大规模探索的年代,各种技术如同井喷般发展,当然最早的几种月球探测器还是以撞击月球这样硬着陆的方式完成对月球的调查,比如美国国家航空航天局研制的徘徊者系列探测器,该系列在1960年代初发射入轨,前几次任务全部失败,毕竟探月技术完全是从无到有,比如行星际探测器上的一个很普通的技术:如何把天线对准地球方向,徘徊者系列探测器任务目的之一就是要确认这项设计是否可行,此外还有在转移轨道上如何制动,将探测器的速度降低至多少后脱离轨道,进而被月球的引力捕捉,成为一颗绕月探测器,如果速度太快就冲了过去,月球引力完全无法捕捉到探测器,或者撞上月球,在徘徊者系列探测器任务阶段上,轨道设计依然带有验证性的目的,徘徊者7号探测器和8号完成了撞击月球的任务,其中8号硬着陆点位于静海,这也是阿波罗载人登月计划的着陆点。

美国东部时间1969年7月20日22时56分,航天员阿姆斯特朗爬下“阿波罗11号”的舷梯,在月球表面踩下了深深的印记。此后三年,美国共完成6次载人登月,将12名航天员送上月球,带回约382公斤月球样品,获取了大量科学数据。

  月球上几乎没有大气结构,基本近似于真空环境,软着陆主要依靠发动机制动,从阿波罗登月舱的设计看,登月舱下降发动机需要有强大的变推力性能和多次真空启动能力。探测器在下降过程中也需要使用到变推力动力,下降过程燃料肯定要消耗,探测器总质量也下降,因此发动机推力就必须改变,流量调节阀的面积就要可变,燃烧室的压力也要维持,因此一些球形的设计方案就有利于压力的控制,对下降段发动机性能有着非常关键的作用。嫦娥三号的总质量也才3.7吨,下降段对发动机的推力的要求并不太大,相比较载人登月舱而言,嫦娥三号不需要大推力的变推力发动机,但是如果我国要进行载人登月,那么这一道关是必须迈过的。

月球是距离地球最近的天体,也是人类开展深空探测活动的第一站。全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩向科技日报记者介绍,从1959年至2017年年底,人类共发射了132个月球探测器,探测成功率约为50%。

  从现代航天发展看,月球表面软着陆技术并不难,但如果要在月球表面上软着陆,就要把探测器送往月球,并了解月球表面的基本情况,仅仅从软着陆技术本身看,软着陆有些类似太空探索技术公司的"蚱蜢"火箭,当探测器进入近月点开始软着陆过程中,需要有一个较为合适的最优控制律,以嫦娥三号探测器为例,在近月15公里的高度上就要进入动力下降阶段,该过程明显要进行一些探测器姿态控制和调整,一直到接近月面大约2公里的位置,抵达2公里左右的高度时,探测器的水平速度必须减到零,速度完成在垂直方向上,水平方向为平衡状态,这时候就要控制发动机的推力分配,状态控制发动机就在这时候起到关键作用,一般情况下只要制动控制得当,基本可以实现软着陆,但是在近月面时需要有足够的时间观察着陆点周围的地形是否平坦,因为着陆支架容易受到月球不平整地形的影响,甚至造成登月探测器翻倒。

到1976年,苏联先后发射了24个“月球”系列探测器,开展了巡视探测、采样返回等活动。除了多次无人探月活动,苏联于1962年启动了载人绕月/登月计划。但他们的航天技术发展开始力不从心,经历一连串惨痛失利后,其载人登月计划最终未能实现。

  事实上撞击月球也是一种探月手段,这需要看这艘探测器的任务是什么,印度的月船一号任务也是由两个部分任务组成,一个是月球轨道探测器,负责在环月轨道上运行,另一个则是撞击月球表面的硬着陆探测器,整个项目耗资仅为8000万美元,算是比较入门级的月球探测计划,取得的效果也比较有限。美国国家航空航天局在2009年发射的月球勘测轨道飞行器则是一艘非常先进的月球探测器,任务同样也由两个部分组成,一个是环月轨道运行的探测器,另一个则是月球撞击坑观测和遥感探测器,后者负责的任务是撞击月球,环月探测器的任务是在月球轨道上捕捉撞击产生的羽状尘埃,当撞击探测器将月球表层以及以下土壤扬起,就会在空中形成大量撞击尘埃,而轨道探测器就对尘埃结构进行分析,计算出撞击点附近乃至月球表面的近表层土壤水资源分布,除了环月探测器外,美国国家航空航天局还动用了陆基望远镜阵列对月球上"腾起"的羽状尘埃结构进行分析,这样才能较为全面地了解月球表面以及下方数十米深的物质组成,因此对月球进行硬着陆的任务也是探测月球的一种手段。

长征三号乙遥三十运载火箭整装待发,准备送嫦娥四号前往月球。

  苏联在美苏登月竞赛早期处于较为领先的状态,比较著名的就是月球系列探测器,从月球1号开始,苏联实现的探月过程的领先,发射了第一艘月球探测器,也是第一艘人类制造的探测器掠过月球,当然仅仅是飞掠,而不是环月,月球2号则是第一艘在月球表面实现硬着陆的探测器,其实这艘探测器上携带了苏联国徽,其探索意义明显要低于其政治意图,当月球2号摔在月球表面上时,说明人类制造的航天器第一次落在地外天体上,而苏联人则把国徽挂到了月球上,从当时的背景看,月球系列探测器确实取得了不错的开端,要知道月球1号是第一艘摆脱地月系引力的探测器,是第一颗人造行星,围绕太阳公转。

1959年1月2日,苏联率先拉开了人类探月的序幕。经历了“月球计划”三次任务失败后,他们终于成功发射“月球一号”,从大约6000公里外掠过月球,成为人类首个飞越月球的探测器。同年9月,苏联发射了“月球二号”,成为世界首个在月球表面硬着陆的航天器。

  我国月面软着陆已经迟到了近半个世纪?

1962年,NASA完成了“土星”重型火箭的设计,并对登月轨道进行了研究。1965年至1966年,美国从“双子座”载人飞行、勘察者计划、月球轨道器计划中掌握了载人空间飞行、空间对接、轨道机动、月面登陆等关键技术,为登月储备了大量数据。1968年,“阿波罗8号”完成首次绕月飞行;1969年,“阿波罗10号”完成载人登月前的最后一次载人飞行任务。

  第一艘在月球上实现软着陆的探测器是1966年苏联的月球9号,其任务目的也很简单,月球表面到底适不适合着陆,结论是适合,着陆后完成了对月球环境的拍摄,对一些基本的物化参数进行了探测,到了月球17号任务时,不仅完成了月球表面的软着陆,还携带了一辆月球车,这个任务设计与嫦娥三号比较相似。事实上苏联在无人探月上取得第一并不少,第一艘从月球表面返回的探测器也是苏联,即月球16号,软着陆方式为反推发动机制动,登陆装置为四个缓冲着陆支架,作为苏联的第三代月球探测器,月球20号任务则被埋没了,因为当时美国人已经完成了登月。

在探月竞赛早期一直处于下风的美国,实施过“先驱者”“徘徊者”“勘察者”“月球轨道器”“探险者”等探月计划,到阿波罗计划实现载人登月时,完成了对苏联的反超。

  在月球上软着陆是地外天体登陆的初级示范,月球是距离我们最近的天体,对月球的深入探索也进行了半个多世纪,月球表面存在一些稀有气体,总体可以近似真空状态,因此登月探测器都不需要考虑隔热的措施,相比较于登陆火星而言,月球软着陆要简单一些,比较先进的火星登月技术还属美国国家航空航天局的好奇号火星车,质量近1吨的火星车通过一整套复杂的登陆装置着陆,过程中不仅要抛出减速伞,还设计了一种全新的反推起重机,同样当水平速度减为零后,反推起重机通过缆绳把火星车吊放到火星表面,整个过程堪称机械自动化设计的完美之作。因此嫦娥三号的软着陆技术相对于我国而言是个未曾涉足的领域,成熟之后也可以应用到火星软着陆上,地外天体的软着陆方案需要因地制宜,月球几乎没有大气结构,因此会相对简答一些,如果登陆金星、火星等具有大气结构的地外天体,那么情况就会复杂很多,至少要考虑隔热、减速伞、反推发动机,如果遇到地外天体大气中有其他酸性物质,或者强辐射环境,那还需要对着陆器增加保护措施,这无疑增加了探测器质量,对火箭系统又提出了新的要求,航天探索是个环环相扣的过程,综合对比就可以看出,月面软着陆还是相对较为简单的。(作者为大公军事评论员 红岸)

上世纪70年代中期,美苏月球竞争热潮逐渐冷却,全世界进入了研究探月意义的冷静思考阶段。直到1990年,日本发射“飞天号”探测器,成为世界上第三个探月国家。

  新华网消息 据大公网报道,嫦娥三号作为嫦娥工程的第三颗探月探测器,其任务目的是在月球表面着陆,比嫦娥一号和二号更进一步,携带了月球车等月面巡视装备,登陆地点位于月球的虹湾地区,预计整个月面巡视时间为三个月左右,探测范围接近5平方公里。嫦娥三号在12月2日的凌晨发射,登月时间为12月14日晚上,本次登月是1976年以来第一艘在月球实施软着陆的月球探测器,这也是我国研制的探测器首次的地外天体上进行软着陆,能掌握地外天体软着陆技术的国家屈指可数,印度也想尽早在月球上着陆,但是其软着陆技术并没有达到所需的水准,就采用了撞月的方式,直接撞击月球表面,并美曰其名为寻找月球上的水资源。

进入21世纪,欧洲、中国、印度先后跻身“探月俱乐部”,美国、日本也数次进行了月球探索。未来几年,人类还将开展多次探月活动。除了我国年内有望实施的嫦娥五号任务,印度计划2019年发射“月船二号”,日本计划2020年发射“月球调查智能着陆器”,美国、俄罗斯也宣称要载人重返月球。

彩世界注册 2 嫦娥三号月面软着陆示意图

  事实上,美苏登月进程中都是首先在月球上硬着陆,先解决有无的问题,然后开始研究软着陆技术,而在寻找软着陆过程中,又不可避免地要进行硬着陆,这是又回到了那个老问题上:轨道设计,传统的登月过程首先的成为地球的卫星,然后进行轨道修正,进入转移轨道,接着被月球引力捕获,成为月球卫星,这一过程看似简单,难度却不小,直接导致了美苏数艘探测器不是直接成为人造行星,就是在月球上硬着陆,比如苏联的月球7号,本来是验证软着陆技术,就是因为制动点发动机点火太早,错过了切入角度,然后就直接撞月了。

本文由彩世界注册发布于彩世界注册,转载请注明出处:“探月俱乐部”60年来不断扩容【彩世界注册】

关键词: 彩世界注册 嫦娥 黑色 五关 俱乐部