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悉数嫦娥四号“奔月球背面”几大挑战

 

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悉数嫦娥四号“奔月球背面”几大挑战




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  中新网上海12月8日电 (郑莹莹)北京时间12月8日凌晨2时23分,中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射嫦娥四号探测器,开启了中国月球探测的新旅程。

  嫦娥四号探测器包括两器一星,即月球软着陆探测器(着陆器)、月面巡视探测器(巡视器)、“鹊桥”中继卫星。中国航天科技集团有限公司八院承担了嫦娥四号着陆器、巡视器五个半分系统的研制任务,包括巡视器移动分系统、结构与机构分系统、测控数传分系统、电源分系统、综合电子分系统移动/机构控制与驱动组件、着陆器一次电源分系统,研制人员逐一盘点挑战。

资料图:嫦娥四号探测器研制现场 张阳 摄
资料图:嫦娥四号探测器研制现场 张阳 摄

  着陆艾特肯盆地,应对多重困难挑战

  嫦娥四号首选着陆区为月球南极-艾特肯盆地。“与嫦娥三号的虹湾着陆区相比,虹湾的整体趋势较为平坦,但艾特肯盆地的地形就比较崎岖,撞击坑大而且分布密集,这就对探测器着陆区的选择和着陆精度提出了很高的要求。”中国航天科技集团有限公司八院嫦娥四号副总指挥兼副总设计师张玉花介绍说。

  她表示,“由于着陆区在月球背面,使得着陆器和巡视器无法同地球直接通信,必须用中继星中继的方式;同时在动力下降过程中,着陆器也不能对地直接通信,只能通过中继星,这些都是此次任务的难点。”

  此外,巡视器还要面对月球表面昼夜温差变化大、低重力环境以及细小微尘的污染等问题。据悉,在整个任务过程中,设计团队为巡视器定义了感知、移动、探测、充电、安全、月昼转月夜、休眠、月夜转月昼多种工作模式,以应对不同工作环境、适应不同工作状态的要求。

资料图:嫦娥四号探测器研制现场 张阳 摄
资料图:嫦娥四号探测器研制现场 张阳 摄

  多器联动,搭好星际沟通桥梁

  嫦娥四号任务与嫦娥三号任务首要的不同,就是探测器降落落点由月球正面改为了月球背面,使得探测器与地球的直接通讯信号受到月球遮挡,必须通过“鹊桥”中继星进行信号中转。2018年5月,八院抓总研制的长征四号丙运载火箭成功将“鹊桥”中继星送入地月转移轨道,卫星随后进入环绕地月L2点的使命轨道,为后续着陆器、巡视器与地面站之间的测控和数据传输提供中继服务,而随之带来的是地球与巡视器间的通讯时延大大增长。

  不同于嫦娥三号任务时科研人员可以在监控屏前实时观察到巡视器对指令的执行状况,此次从指令发出到行动图像传回至少有数分钟的延迟,对于巡视器的移动和机构活动有较明显的影响。为此,设计人员计算并设定了巡视器每项行动的最大耗时,连同每次行动指令一同发送,同时赋予巡视器一定的自主功能,以便有效应对可能的突发状况。

  据介绍,与嫦娥三号巡视器相比,嫦娥四号巡视器测控数传分系统不仅要承担与着陆器的数据通信的功能,还要与中继星进行遥测和数据传输。“测控数传分系统有5种工作模式,我们在设计中充分考虑了冗余设计。”804所测控分系统主任设计师汪莹介绍。

  休眠唤醒,做可靠能量供给站

  一个月夜相当于地球上14天。同时,月夜最低温度可达到零下180度。在没有光照的漫长黑夜里,对于依靠太阳能提供能量的嫦娥四号着陆器和巡视器来说,如何依靠自身存储的能量安全度过月夜将是一个很大的挑战。

  面对这一难题,研制人员提出了休眠唤醒的概念。当太阳缓慢地升起时,着陆器和巡视器将开始忙碌的14天工作――着陆器在原地实施科学探测,巡视器则“东奔西走”开始探测。当月夜降临时,巡视器会为自己找好栖身之所,收起桅杆,合上太阳翼,开始休眠。一直到太阳照射到月球车太阳翼的电池片上,唤醒“沉睡”的巡视器和着陆器,开启又一次勘测。

  “嫦娥四号采用了目前国内最先进的高效三结砷化镓太阳电池,光电转换效率从原先的28.6%提升到30.84%。”811所探月工程太阳电池电路负责人陈城介绍道。据悉,新的电池在光电转换效率、输出电压、输出电流、抗辐照能力、旁路二极管压降及重量等技术指标上均优于原电池。

  此外,为应对月球背面环境的挑战,团队在嫦娥三号的基础上对巡视器移动能力进行了进一步加强,特别是在应对意外状况方面,开展了多项系统试验,对如石块落入车轮内部、驱动机构频繁启停、以及巡视器极限移动能力等状况均进行了逐一测试。(完)



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