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“嫦娥”对月亮做了什么?!

  • 何幸
  • 日期:2018-12-28
  • 2605

      月亮自古以来就因为它的阴晴圆缺、皎洁美丽等特点而作为美好的意象频繁地出现在诗人和作家的诗篇和文章里。

月相

       关于月亮的神话与传说更是层出不穷:嫦娥、玉兔和广寒宫;吴刚、桂树和天蓬这些家喻户晓,耳熟能详的人名、地名等早已成为我们的国学常识。然而这颗远在三十八万四千公里(地月平均距离)之外的“老朋友”,从人类文明诞生至今,它的离奇身世和复杂环境正如其环绕地球的姿态一般——光鲜的部分长久的面向地球,吸引着我们;另外一部分长久背向地球,披着黑暗的面纱。

嫦娥

      我们必须做些什么,真正地了解那个既熟悉又陌生的地方。

 

国际行动

 

      1959年1月4日,苏联发射出了人类首颗摆脱地球引力前往月球的航天器——月球1号。

月球1号(俄语:Луна-1)绰号“梦想”

       同年,月球2号和月球3号相继完成对月球的硬着陆和观测任务。

       1961年——1965年,美国共发射了9个徘徊者(Ranger)系列月球探测器,然而从7号才开始完全取得成功。

徘徊者6、7、8、9号所采用的BLOCK Ⅲ型设计

       1966年——1968年,美国发射的7架勘测者号(Surveyor)飞船除2号和4号外都成功软着陆。

勘测者号探测器

       1969年7月,提出阿波罗计划目标后8年,尼尔·奥尔登·阿姆斯特朗驾驶阿波罗11号登上月球,是月球表面第一次印上人类的足迹!

       随后直至1972年12月最后一名登月者、阿波罗17号的科学家兼宇航员哈里森·施密特,其间另有10名人员也登上了月球,12名人员飞掠月球。

Neil Alden Armstrong,1930年8月5日-2012年8月25日

 

中国工程

 

       2009年3月1日16时13分10秒,一颗人造卫星撞击在了月球南纬1.50度,东经52.36度的地点。按照工程首席科学家欧阳自远院士的意思就是:这是一次有组织,有预谋的撞击。在没有大气的月球上,这一无声的“巨响”既是这颗卫星完成任务后最好的归宿,更是中国首颗深空探测卫星成功的礼花。这颗卫星就是今天的主角——“嫦娥一号”,这个工程就是我国开展的月球探测工程——嫦娥工程。

工程概况

发射人造地球卫星、载人航天和深空探测是人类航天活动的三大领域。重返月球,开发月球资源,建立月球基地已成为世界航天活动的必然趋势和竞争热点。开展月球探测工作是我国迈出航天深空探测第一步的重大举措。实现月球探测将是我国航天深空探测零的突破。月球已成为未来航天大国争夺战略资源的焦点。月球具有可供人类开发和利用的各种独特资源,月球上特有的矿产和能源,是对地球资源的重要补充和储备,将对人类社会的可持续发展产生深远影响。中国探月是我国自主对月球的探索和观察,又叫做嫦娥工程。国务院正式批准绕月探测工程立项后,绕月探测工程领导小组将工程命名为“嫦娥工程”,将第一颗绕月卫星命名为“嫦娥一号”。“嫦娥一号”卫星由中国空间技术研究院承担研制,主要用于获取月球表面三维影像、分析月球表面有关物质元素的分布特点、探测月壤厚度、探测地月空间环境等。                                          ——摘自百度百科

嫦娥一号

       嫦娥一号作为嫦娥计划的首发选手,主要利用“东方红三号”卫星平台,采用“长征三号甲”运载火箭,主要任务为绕月探测——嫦娥工程第一期,设计寿命为1年。其携带了立体相机、成像光谱仪、激光高度计、微波辐射计、太阳宇宙射线检测器和低能离子探测器等多种科学仪器,对月球进行探测。在环月飞行执行任务期间,嫦娥一号主要获取月面的三维影像,分析月面有用元素含量和物质类型的分布特点,探测月球土壤厚度,检测地月空间环境。

       其中嫦娥一号将CCD立体相机与激光高度计相互结合,获得了一张比较精细的、全面的月球立体图,弥补了月球南北极那些因光线不足而无法较好拍摄的深坑产生的三维立体图方面的空白。

嫦娥一号所拍摄的首幅月面局部三维立体图

 

技术突破

 

1)轨道设计技术。从科学探测的目的和任务考虑,为了尽可能对全月面进行探测,特别是对月球南北两极进行探测,嫦娥一号的工作轨道选择了绕月极轨道。为使嫦娥一号在绕月轨道上任何一处的位置都对月面拍照,并具有相同的分辨率,轨道高度要求保持稳定,因此选择的工作轨道是圆轨道,最终确定为200km高的极月圆轨道,运行周期约为127min。嫦娥一号在这一轨道运行所需能量最少,发射和变轨过程风险最低,为中国月球探测工程和今后的深空探测轨道设计积累了经验。

嫦娥一号变轨示意图

2)天线技术。在当时全世界搞月球探测的国家中,美国和俄罗斯深空网主力天线的口径为35m,最大的天线口径达到了70m,而我国航天测控网最大天线的口径只有12m,无法满足月球探测的需要。天线的口径和探测距离成正比,增大天线口径可以增加航天测控的距离,提高航天测控网的深空探测能力。经过努力,我们用很少的经费在喀什站和青岛站新建了2个18m直径的天线,提高了远距离测控精度,使地面站测控距离从地球近程范围延伸到月球范围,保证了嫦娥一号在距离地球4.0×105km远的太空,仍能很好地建立星地间数传与测控信号的无线通信链路,为嫦娥一号圆满完成运行与科学探测任务奠定了坚实基础。

3)首次使用紫外月球敏感器。红外地球敏感器在人造地球卫星和宇宙飞船上应用非常普遍,但这种敏感器并不能应用于月球探测任务,因为月球没有大气层,不具有稳定的红外辐射带,但有稳定的紫外辐射。用紫外月球敏感器作为嫦娥一号的“眼睛”观察月球,可以在各种月相下工作,包括新月、上弦月、满月、下弦月,甚至出现日全食时也可以正常工作,无需地面站支持,即可直接获得对月的俯仰角和滚动角,确定绕月探测器飞行轨道是否平行于月面。

4)解决三体定向问题。以前的地球卫星是两体定向:太阳电池翼对太阳定向,测控通信和有效载荷对地球定向。但月球是三体定向:太阳电池翼对太阳定向,探测仪器对月球定向,收发天线瞄向地球。一个飞行器同时进行3个方向的定向,在技术上难度很大。因此,首次采用了双轴天线自主指向控制技术,使天线可以上下左右自由活动,能在半球空间内实现高精度指向定位要求,从而具有对地球的跟踪指向能力,将科学探测和遥测数据准确传回地球,并降低通信天线的功耗。

三体定向示意图

5)温控技术。嫦娥一号绕月飞行时,会受到太阳、月球、月球阴影、地球阴影(月食)和太空寒冷背景的影响,外部热环境非常恶劣复杂,月球表面温度变化剧烈,温差变化在120~-180℃之间。因此,研制出一套能同时适应地月转移和月球环境的温控系统,使嫦娥一号在热的时候能够散热,寒冷环境下又能够保证卫星温度,这是一个很大的挑战。(此部分内容引自“嫦娥之父”谈“嫦娥”——访嫦娥一号绕月探测器总指挥兼总设计师 )

       嫦娥工程其他成员后续再见,嫦娥一号落月图收尾。

“即使悲壮也值得”!

 

 

 

 

 

文字:董冬辉

编辑:董冬辉

本文图片及部分文字来自网络