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松鼠的空天随笔

 
 
 

日志

 
 

一小步,一大步——记嫦娥三号  

2013-12-14 10:24:40|  分类: Space |  标签: |举报 |字号 订阅

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       嫦娥三号月球软着陆探测器成功发射了,经过两次轨道修正,一次成功的近月制动和顺利的降轨机动后,目前已经稳定在15千米X100千米的月球极地椭圆轨道上,根据最新的新闻报道,12月14日晚9时40分左右,嫦娥三号将开始落月,经过700多秒惊心动魄的“黑色12分钟”后,着陆到月球虹湾地区。虽然具体落月和着陆时间可能有所偏差,但今晚嫦娥三号肯定要降落到月球上啦,这是嫦娥三号面对的真正的考验。毕竟无论是直接打入地月转移轨道、100千米高度近月制动还是降轨为15千米X100千米高度椭圆轨道都已经在嫦娥二号上做了验证,而月球软着陆难度最大的部分,恰恰是这最后12分钟的落月下降段。嫦娥三号的成败在此一举,由于地月距离太远造成的延迟,嫦娥三号的下降段是无法人工遥控的,只能由探测器自身自主完成,即使作为航天爱好者和旁观者,我心里还是非常紧张的,不过我们的期盼和焦虑都对嫦娥三号的落月的成败产生不了任何影响,还是回顾下嫦娥三号的历史和任务吧。
一小步,一大步——记嫦娥三号 - squirrel - 松鼠的空天随笔
探月工程大事记,从嫦娥一号一步步走来,嫦娥三号马上就要落月了!
 
       探月工程二期是中国探月工程“绕、落、回”三步走中的第二步,是承前启后的关键一步,包括嫦娥二号、嫦娥三号和嫦娥四号任务,嫦娥三号将完成我国探月工程二期阶段“落月“探测的创举。虽然嫦娥二号作为先导星已经为它做了大量技术验证,如直接奔月轨道、100千米近月制动、降轨为15千米X100千米轨道、X波段测控,并对预定的虹湾着陆区拍摄了高清晰度的月面影像,但嫦娥三号仍然有巨大的难度,据报道它使用的新技术高达80%左右,这在我国航天器研制历史上是空前的。2008年2月嫦娥三号正式立项,经过21 个月的方案设计、26 个月的初样研制和20 个月的正样研制三个研制阶段,先后完成设计 分析仿真、产品试制生产、试验验证、独立评估、质量复查等研制建设工作,2013年9月12日”乘坐“An-124大型运输机转场西昌,开始了发射前的准备工作。12月2日长征三号乙遥23号火箭成功发射嫦娥三号探测器,将其送入近地点210.3千米,远地点389109千米,倾角28.5度的地月转移轨道。
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发射前的CZ-3BE火箭,嫦娥三号在整流罩内

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嫦娥三号与CZ-3BE的末级火箭分离,姿控发动机启动调整姿态
 
        发射成功后长征三号乙火箭总设计师姜杰接受采访时表示”为确保嫦娥三号完美登月,改进型火箭将采用多窗口、穻宽度和高精度入轨发射,这在我国航天史上是第一次“。为了保证达到预定的精度,长征三号乙火箭使用了双激光惯组加卫星导航修正的复合制导方式,不过报道都没有提到CZ-2F Y10使用的迭代制导,个人猜测很可能是制导系统硬件改进已经可以满足需求,姜杰总师表示嫦娥三号发射的入轨精度要求比嫦娥二号高3倍,而实际入轨精度比嫦娥二号的发射提高40倍。高入轨精度有效降低了嫦娥三号轨道调整的燃料消耗,根据后续报道嫦娥三号近月制动前姿态调整和两次中段修正所需的燃料仅有不足50千克。
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 嫦娥三号的几个第一

      虹湾是嫦娥三号的预定着陆区,但具体位置我国并没有公开,这实在是一个遗憾,不过从落月时间由14日晚23时40分提前到9时40分左右看,很可能我国对此并没有太过详细的设计。嫦娥二号为嫦娥三号拍摄了虹湾地区的高清影像图范围相当大,可以满足嫦娥三号选定多个着陆地点的需要。至于为什么要14日落月就更简单了,因为12月14日虹湾日出,嫦娥三号需要在日出后落月,在落月后虹湾地区的第一个白天里完成着陆,探测器开始工作,月球车分离等步骤,并开始后续的探测工作。
      

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嫦娥二号拍摄了虹湾地区的高清影像

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嫦娥二号拍摄的虹湾地区高清影像图范围图

       美国LRO团队对嫦娥三号的着陆区很感兴趣,2010年NASA网站就发了一篇文章,在嫦娥三号正式出发前,LRO团队又发表了文章,对嫦娥三号的着陆区进行预测。根据这篇文章,嫦娥三号很可能降落在拉普拉斯A环形山附近,并附图作了说明。LRO网站的文章认为,嫦娥三号降落在拉普拉斯A环形山附近。拉普拉斯A环形山对于旨在探索地形地貌的“月兔”月球车来说极具吸引力。
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帅气的玉兔,你会去拉普拉斯A么?
 
       拉普拉斯A是一个年轻的撞击陨石坑,玉兔月球车在陨石坑边缘可能找到很多月球深层岩石的样本。月海玄武岩也有很多问题悬而未决,如它是何时形成的,它是如何形成的,它有多厚等等...嫦娥三号任务将直面这些问题。在嫦娥三号之前,人类从来没有一次载人或是无人探测任务,在如此近的距离上探访过月球、火星或是其他地外天体的新生陨石坑,嫦娥三号的探索和结果,将极大的增加我们对月球的了解。此外,嫦娥三号还将增进我们对月球地质结构的了解,玉兔月球车的测月雷达将探测月面下30~100米的深层结构,而拉普拉斯A环形山右侧10千米左右,正好有一个巨大的皱脊结构。LRO的人认为嫦娥三号可以在这个皱纹山脊以东降落,然后玉兔月球车向西进发,探索皱纹山脊和破裂断层的内部结构,考虑到人类以前只进行过拍照等遥感,从未对这类地形有深入的探测,嫦娥三号将提供一个空前的探索机会,让我们深入了解月球的地质结构。皱脊并非月球独有的结构,水星和火星上也有类似地形,嫦娥三号对月球上皱脊的探测,对我们了解太阳系其他天体类似地质结构也有很大的帮助。
       在文章的结尾,LRO团队公开表示将拍摄嫦娥三号和月球车,作者写到:“LRO将在(2013年)12月25日、2014年1月22日、2月18日飞过拉普拉斯A环形山的上空,我们期待着拍摄这两个物体(着陆器和巡视器)的影像”。下图为在LRO网站文章图片基础上的说明,图中箭头所示为苏联月球车“月行者1号”的最后位置,在拉普拉斯A环形山西南250km处。

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美国LRO团队认为,嫦娥三号很可能在拉普拉斯A环形山附近着陆(此图片为9ifly网友再创作)

       有趣的是,美国的LADEE探测器项目也来凑热闹,space.com网站发表的一篇文章指出,嫦娥三号发动机的喷流将对LADEE的探测造成干扰。LADEE用于研究月球稀薄的原生大气,而嫦娥三号发动机的尾流和降落时激起的月尘必然影响到LADEE研究的有效性。虽然这种说法有些强词夺理,但可能性还是存在的:-)文章还指出,嫦娥三号对LADEE也是非常难得的研究机会,可以观测发动机尾流如何扩散和消失,以及降落时激起的月尘是如何飞溅起来并运动的。
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月亮的距离
 玉兔试验队嘉峪关试验场,月球曾在38万公里外,今夜之后玉兔和月亮的距离应该就是0了

       无论是现在从人类探月历史的角度,还是我们再过二十年回首今天的历史性时刻,嫦娥三号恐怕都是深空探测史上的一小步,不过对于今天的我们,嫦娥三号绝对是中国航天跨出的一大步。姑且不说它使用了如此多的新技术,单是第一次软着陆就值得称道了。再有7个多小时,嫦娥三号着陆成功与否就要尘埃落定了,我只能祝愿嫦娥三号探测器软着陆成功。月球软着陆是嫦娥三号工程上最大的意义,而它的科学价值,只能等待落月后着陆器和巡视器的探索了。


 
 

 
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