在整個落月過程中,嫦娥將經歷與地球失去聯系的黑色720秒,這段時間里,著陸器導航與控制系統的敏感器,將充當“大腦”,指揮著陸器平穩降落。
為何繞了8天才落月?
嫦娥三號于本月2日發射升空,于6日進入高度為100公里的環月圓軌道。對于已近在咫尺的月球,嫦娥三號為何還要繞飛8天后才著陸?據專家介紹,這主要由落月時間和區域決定。一方面,為能在高溫到來前完成月球車與著陸器分離,嫦娥三號須在月球的上午著陸,這就限制決定它要多飛幾天;另一方面,嫦娥三號此前并不在著陸區虹灣所在軌道面內,而要等到月球轉至虹灣區時才降落。
落月全程12分鐘
據悉,嫦娥三號將在近月點15公里處以拋物線軌跡下降,相對速度從每秒1.7公里逐漸降為零。過程經過主減速、快速調整、接近、懸停、避障和減速下降等階段,實現在月球虹灣區的軟著陸。整個過程大概需要12分鐘。
具體來說,由于月球表面幾乎沒有大氣層,不能利用降落傘降落,為了減緩嫦娥三號的降落速度,著陸器底部的發動機反推著陸器。當著陸器降落至距離月面100米高度時,懸停在空中,著陸器下方的降落相機充當眼睛的作用,著陸器根據其拍攝到的月面信息,再平移到平緩的區域,垂直下降,但仍然需要用發動機反推,降低下降的速度。
當著陸器降落到距離月表4米高度時,著陸器懸停在空中,關閉反推發動機,著陸器以初速度為0的自由落體方式降落,并將腿部支架扎進土層。
如果一切順利,“嫦娥”所帶的降落相機將記錄中國航天器首次地外天體軟著陸的精彩瞬間。
難關1
能否及時“剎車”
準確降落
好比在高速路上飛馳的汽車,速度慢了耽誤時間,速度太快又不能及時剎車,錯過了目的地,或者一頭撞上去,都不能完成任務。能否在指定的月球虹灣區域準確落下,是嫦娥三號探測器實施軟著陸首先面臨的難題。
在嫦娥“三姑娘”之前,嫦娥一號和嫦娥二號兩姐妹已解決了繞月飛行的技術問題。這一次,嫦娥“三姑娘”則要解決繞月成功后,能不能在指定區域落下來的問題。
在人類探測器軟著陸月球的歷史中,就有過沒能“剎住車”的先例,比如美國1962年發射的徘徊者3號,從距月球36793千米處飛過,“剎車”失敗。
所以,嫦娥三號的“剎車”時間是否合適、遠近距離是否準確,都是此次任務的技術難點和關鍵。為此,北京飛控中心已做了充分的準備。
著陸是探月最難一環
難關2
下降過程嫦娥
完全自主
落月過程中,要實時測量探測器運動的速度、高度,隨時調整,而且月面地形地貌很復雜,還要尋找安全的著陸區等,“這些工作都要在很短的時間內完成,而且完全靠探測器自主完成,所以自主導航控制是個難點。”嫦娥三號探測器系統總設計師孫澤洲說。
15公里開始的“動力下降”階段,被業內人士形容為最驚心的環節,也稱黑色720秒。嫦娥三號要完全依靠自主導航控制,完成降低高度、確定著陸點、實施軟著陸等關鍵動作,人工干預的可能性幾乎為零。“在這個時段內,測控都跟不上了,只能事先把程序設定好。”嫦娥三號探測器系統副總指揮譚梅表示。
著陸器GNC(制導導航與控制)系統設計了專門的敏感器,進行對月測速、測距和地形識別,確保探測器在著陸段自主制導、導航與控制。
難關3
真空下降落能否順利減速
月球上沒有大氣,這就決定了月面著陸與地球著陸方式完全不同,它是真空狀態下的軟著陸。
“沒有大氣也就意味著不能利用空氣摩擦實現減速。嫦娥三號探測器要實現月面安全軟著陸,傳統火箭發動機和推進系統無法完成這一任務。因為在月球這一無大氣天體表面進行的軟著陸機動飛行中,傳統發動機無法實現推力的變化。”孫澤洲說。
為此次任務新研制的7500牛變推力發動機,能夠進行連續可調節變推力,進而對嫦娥三號實現精準控制,很好地解決了這一難題。但由于是首次研制和使用,7500牛變推力發動機最終的表現如何,還有待實踐的考驗。