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嫦娥三号发射克服4挑战 玉兔号上海研发占半边天

A-A+2013年12月2日09:05文汇报 评论

  据新华社西昌12月1日电 探月工程发射场系统副指挥长赵民1日在接受记者采访时说,嫦娥三号技术状态新、要求标准严、技术难度大,发射需要克服四大挑战。

  低温燃料加注

  长征三号乙运载火箭三级采用的是液氢、液氧推进剂。液氢的保存温度为零下253摄氏度,液氧的保存温度为零下183摄氏度,在加注时燃料不可避免地产生挥发,所以必须精确计算燃料的加注量。如果第一窗口不能发射,还涉及将液氢液氧的卸出问题,极易使火箭保温箱发生损坏,不仅会影响低温燃料的再次加注,还可能导致爆炸。

  气候复杂多变

  西昌属山区地形,素有“十里不同天”之称,气候变化频繁。此外,火箭低温燃料加注对温度变化要求很高,这些无疑给气象预报增加了不小的难度。

  “零窗口”发射要求高

  嫦娥三号任务是多窗口、窄宽度发射。12月共有3天6个窗口。发射窗口最长4分钟,最短的仅为1分钟,对发射的精准度要求很高。一旦第一个发射窗口不能发射,必须要尽快进入第二个发射窗口的工作状态。根据任务安排,第一个发射窗口与第二个发射窗口间隔仅40多分钟,所以转换难度很大,对快速装订不同弹道参数等方面提出更高要求。

  多重任务交叉重叠

  发射场在执行嫦娥三号任务时,还承担了其他航天器的发射任务。这给发射中心及各系统间的组织指挥、统筹协调、质量监督和人员调配提出了挑战。

  国防科工局新闻发言人吴志坚表示,嫦娥三号是我国航天领域迄今最复杂、难度最大的任务,需要攻克的关键技术多、技术跨度大、实施风险高。

  具体到嫦娥三号来说,面临着7大难点,需要迈过7道“坎”,包括多窗口窄宽度准时发射、月面软着陆、两器分离、月地间遥操作、月面生存、测控通信、地面试验验证等。

  对于最为关键的“落月”这一环节来说,就面临三大难点:首先是平稳着陆,其次是月球车适应月球表面地形,第三是月球车必须能够抵御温差高达300多摄氏度的严寒酷暑。

  “玉兔号”月球车八个分系统中有四个半是位于上海的中国航天科技集团第八研究院研制的,包括巡视器电源分系统、测控数传分系统、移动分系统、结构与机构分系统,以及巡视器综合电子分系统中移动/机构控制驱动组件等。

  在某种意义上,可以说“玉兔号”也是“上海号”,对此,上海航天人表示,这离不开全国的智慧和资源支持,他们只是做了自己的份内工作。

  “玉兔”小巧灵活

  移动分系统是“玉兔号”的移动平台,移动分系统由行进驱动机构、转向驱动机构、差动机构、摇臂和车轮等组成。在月面分离过程,移动分系统能够实现“玉兔号”从着陆器向月面的转移;在月昼工作过程,移动分系统能够实现月球车的前进、后退、制动、爬坡、越障、过坑、原地转向、行进间转向等多种移动功能;在月夜生存过程,移动分系统能够实现月球车的静止不动,并在度过月夜后恢复移动能力。

  考虑到月面复杂的地形地貌,移动分系统采用主副摇臂差动式悬架、六轮独立驱动、四轮独立转向的构型方案,实现了对月面地形地貌的自主适应能力。月球车始终保持六轮着地,可靠通过月表不同坡度、障碍等地形地貌,能够有效减少地形对车体姿态变化的影响,保证车身稳定性。

  同时,轻量化技术让“玉兔”减肥。通过行进驱动、转向驱动、车轮一体化设计以及一体成型式轮毂、中空式摇臂等构型设计,实现了移动分系统的结构轻量化,以20.5公斤的自身重量承载140公斤重的“玉兔号”。

  两大“法宝”助力

  在结构机构系统方面,微小型机械臂和可重复展开太阳电池翼堪称两大“法宝”。

  作为国内首个高精度、智能化闭环控制的空间机械臂产品,“玉兔号”上的微小型机械臂能够识别非合作目标并且自主规划运动路线。它只有0.5米长,却能实现3个自由度的运动,运动的精度更是能精确到正负2毫米。作为中国第一个登陆外星球的空间机械臂,它不仅要在外太空进行三自由度的运动,还要承载着x射线谱仪并运动到一定角度进行就位探测;当月夜降临时,机械臂需运动至一定状态,使x射线谱仪的散热面靠近月面巡视器生存装置的发热面。

  而可重复展开太阳电池翼突破了常规设计理念。上海航天人在仿真先行基础上进行了创新设计,并进行了多轮优化设计,充分考虑月面大温差、超高真空、引力场、月尘等环境对产品的影响,设计出一种适用于月面环境多任务需求的太阳翼,可实现多次展开、收拢操作,实现对日定向、遮挡太阳和月夜保温等多种功能。

  电源稳定可靠

  10℃至30℃是锂电的最佳工作温度。但是在复杂空间环境中,如何确保电源可靠性?

  据介绍,由于月球表面的温度跨越太大,月球车内部温度甚至可达-75℃,同时,嫦娥从发射到落月就有十几种工况,为确保锂电在恶劣的温度条件和复杂的工况下能正常工作。为此,科研人员通过不计其数的温度试验,确保供电系统的稳定可靠。

  同时,为了让“玉兔号”更好地休息工作,解决了长时间月夜条件下的储能问题。在月夜情况下关闭耗能设备,进入休眠状态;在月昼情况下则“唤醒”相关设备,实现休眠唤醒功能,为后续深空探测任务的进行打下了技术基础。

  此外,作为巡视器与地面站之间保持联系的唯一途径,测控数传分系统也必须要出色完成任务。

  本报记者 张晓鸣

 

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