关于嫦娥四号的信息 关于嫦娥四号的新闻20字( 二 )


NASA盲降于月球正面风暴洋知海的“勘测者-3号探测器”
阿波罗载人登月计划顺利实施的关键在于引入了宇航员的人为控制策略,其安全着陆点的选择均由宇航员判断 。
比如,执行首次载人登月任务的阿波罗11号,鹰号登月舱在距离月面仅有几十米高度时航线前方出现了一个直径180米的撞击坑,如果按照既定程序降落,他们将撞在这座撞击坑的环形山上,宇航员针对这一情况进行了及时的手动干预 。
阿波罗11号任务鹰号登月舱在月球上空拍摄的月面
嫦娥四号继承了嫦娥三号的避障方案,这套方案的关键就是基于机器视觉理念的避障控制系统,在微波测距/测速敏感器、激光测距敏感器、光学避障相机、激光三维成像敏感器,以及惯性导航系统的助力下,确定着陆器的状态并生成制导目标,进而控制发动机进行推力控制,实现避障降落 。
嫦娥四号激光测距敏感器
具体而言,在着陆器呈垂直向下姿态的“接近段”,通过光学避障相机识别较大的障碍物进行粗避障,嫦娥四号在向4130米高度降落过程中向北移动77米,避开了一个直径约200米的撞击坑,在向1495米高度降落过程中向西北方向移动44米,这里的撞击坑规模相较于前面遇到的撞击坑缩小了一倍,整体地势相对平坦 。
激光三维成像敏感器
当下降至99米高度时进入悬停段,此时一台关键的设备开机工作,就是“激光三维成像敏感器”,它可以在短时间内同时发射16个激光波束,并在250毫秒时间内绘制一张三维立体图像,并基于螺旋搜索法快速选定安全着陆点 。
激光三维成像敏感器作业效果图
选定安全着陆点后嫦娥四号进入精避障段,探测器继续向西南方向移动12米,期间穿过了直径25米的撞击坑,当到达距离月面30米时,探测器开始缓速垂直下降,最终在距离月面2至4米高度时发动机关机,进入缓冲着陆段,此时四条着陆腿将吸收最后的着陆能量,最终成功落月 。
嫦娥四号着陆轨迹
嫦娥四号成功着陆冯·卡门撞击坑预选着陆区约12小时后,玉兔二号月球车于当天22时20分许驶离着陆器至月球表面 。
通过着陆器监视相机成像画面判读,在距离着陆器坡道前十几米处就有一个直径29米的撞击坑,后来通过两器互拍以及避障相机拍摄图像进一步判读,着陆点周围有多达5个撞击坑对嫦娥四号形成包围态势,而着陆器几乎是降落在撞击坑边缘延伸的坡面上,月球背面地形之复杂由此可见一斑 。
玉兔二号身后就是直径29米的撞击坑
嫦娥四号着陆器
嫦娥四号代表人类首登月球背面辉煌成就的背后也并非一路坦途,因为火箭将其送入轨道之后不久便发生了难以估量的危机 。
三年前,当长征三号乙运载火箭将嫦娥四号送入近地点约205公里、远地点40万公里、倾角28.5°的地月转移轨道后约6个小时就发生了燃料泄漏险情 。叶培建院士披露,整个泄漏过程约20秒钟,燃料泄漏量大概有20公斤 。
嫦娥四号与长征三号乙“器箭分离”
燃料泄漏直接导致了两个问题,后续登月任务使用的燃料还够不够?再就是更加迫在眉睫的难题,着陆器有4个燃料储箱,一个储箱燃料泄漏将导致探测器姿态失稳 。
由于嫦娥四号着陆器在轨飞行时间短,并没有配置用于姿态控制的动量轮,因此姿态控制完全依靠姿控发动机喷射,这会让控制系统做出持续修正探测器姿态的操作,意味着将消耗更多燃料 。
地月转移
怎么办?办法总是比问题多 。
首先是通过储箱单侧供给方案解决姿态控制问题,再之后是取消7500N变推力发动机在轨推力标定环节,并重新设计一条节省燃料消耗的优化轨道,将月球捕获轨道设计为近月点100公里、远月点430公里 。
进入绕月轨道
通过多个燃料节余操作,最终确保了嫦娥四号在执行落月任务时有充足的燃料储备,整个地月转移与环月飞行阶段没有动用哪怕1克用于着陆器动力下降的燃料储备 。
当完成落月任务后发现着陆器还有3公斤的燃料节余 。(有人会说,多出这些燃料,不是恰恰证明设计不够精准吗?笔者请这些人想想,着陆器着陆过程的随机情况千变万化,如果没有冗余,当需要进行机动规避障碍物时没有燃料怎么办?)
【关于嫦娥四号的信息 关于嫦娥四号的新闻20字】在月球背面持续进行原位探测的嫦娥四号着陆器
航天探索最重要的是什么?是国力、是技术、是人才,但还有一点也非常重要,那就是“经验” 。