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亚博APP手机版-嫦娥四号为何"多"飞了半个月才落月?
来源:亚博APP手机版    发布时间:2021-02-17 06:55:01
本文摘要:“玉兔”的第一个脚印:“玉兔二号”巡视员踏上月球顶部的图像,由嫦娥四号着陆器的监控摄像头C拍摄。

“玉兔”的第一个脚印:“玉兔二号”巡视员踏上月球顶部的图像,由嫦娥四号着陆器的监控摄像头C拍摄。照片由国家航天局提供。嫦娥四号探测器的轮子,月球车。国家航天局提供的图片让月球背面沉寂了数十亿年,再次踏入第一个地球来客——嫦娥四号。

1月3日,嫦娥四号飞行38万公里,徒步近一个月,成功登上月球背面。月亮是离人类家园最近的天体。

从《月亮女神》中的神话,到成千上万个家庭飞向天空的尝试,中国人对月亮的渴望从未停止。但60年来,月球背面一直是一块未被触及的处女地。(见《中国青年报》,2018年12月10日,第一版,《“嫦娥”再行奔月 缘何向“背面”》)现在,随着嫦娥四号坠入月球,人类探测器首次软着陆在月球背面。

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有人说这次任务的意义堪比嫦娥三号把“嫦娥浅海广寒”的传说变为现实,“坠月”是为了赶上国际龙头,但这一次,却是“嫦娥一小步,人类一大步”,改写了全人类的历史。嫦娥奔月的诗句是什么?月球背面是东经177.6度,南纬45.5度。中国探月工程的巨大成就,让这两组地理坐标第一次显得尴尬的淡出了公众视线。正是在这附近的半决赛着陆区,即南极-艾特肯盆地的冯卡门陨石坑,中国的嫦娥四号探测器顺利着陆,建造了人类探测器的第一次月球软着陆。

对于嫦娥四号来说,找一个合适的着陆点安顿下来,是农历正月的头等大事。月球背面那么大,嫦娥四号为什么选择在南极-艾特肯盆地“定居”?航天科工集团第五研究院的专家告诉他,中国青年报和中青在线记者,为了完成着陆器的月球软着陆观测任务,软着陆区域的自由选择要从两个方面考虑,也可以称之为“两个不利”,即不利于科学观测目标的建设和项目的实施。嫦娥四号回到月球的背面,不是为了简单地说“来这里看看”,而是为了在科学探索中“付出巨大的努力”。

自由选择降落区,不应该满足科学观测的需要。很多人自由选择在“北上广”等地扎根,可见大城市的资源丰富。嫦娥四号作为一个“月漂家族”,也在按照这个逻辑寻找一个在月球上定居的地方,即自由选择地质现象丰富的地区或月壤地区成熟、矿产资源丰富的地区,如月海与高原的认识带、大山、典型的撞击坑构造区等。

南极艾特肯盆地的冯卡门陨石坑就符合这样的条件。中国工程院院士、中国探月工程总设计师吴曾提到,冯卡门陨石坑具有很高的科学观察价值,坑内钍、氧化铁、二氧化钛含量很高。同时产生了物质组成的异常空间,因此有可能获得火山活动和月球地壳活动的线索,这不利于对月球地壳活动的主动研究,对研究月球地幔玄武岩的成因具有最重要的意义。

这是一个,另一个是可行性。要想在月球背面做第一次软着陆,除了“天气”和“人与人之间的和谐”,还必须看“地理优势”——。不然嫦娥可能会在月亮上摔个“跟头”的笑话。

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“通风”很差。航天科工集团第五研究院四号探测器系统总设计师孙泽洲表示,如果强行降落在低纬度地区,采光条件好,能源充足,但对冷控来说是一个很大的挑战;如果被迫降落在高纬度地区,冷接触压力会大大降低,但太阳能供应会受到影响。考虑到多种因素,嫦娥三号是按照中高纬度迫降设计的。

嫦娥四号在月球背面着陆的纬度也被证实在40度到30度之间 吴打了个比方:月球正面相当于中国的大平原,地形平缓,但月球背面类似中国西南山区,到处都是山和环形山;嫦娥三号相当于降落在华北平原,而嫦娥四号降落在山区的云贵川地区。航天科工五院502所制导、导航和控制系统研究所的研究人员获得了一组数据:嫦娥三号月球前着陆区的地形只有800米平坦,着陆选择范围约300公里长,约90公里长,而嫦娥四号月球后着陆区的地形约6000米平坦,因此不可能在有限的相对较大的撞击坑中找到相对平坦的位置作为着陆区。“平原”和“山区”是什么意思,可见一斑。

从某种程度上说,地球很难“看到”坠入月球的过程,所有的信息传递都必须由“鹊桥”接力完成,没有一定的延迟,对于千变万化的迫降过程来说,似乎太长了,这也是长期以来没有探测器或宇航员在月球背面着陆的主要原因。因此,对于地面人员来说,在月球背面迫降几乎是一种“盲降”,任务风险和压力转移到制导、导航系统和控制系统。

嫦娥四号着陆器制导、导航和控制系统总设计师程明和航天科工集团第五研究院的502名专家表示,航天是一项高风险、高难度的系统工程。每一个大大小小的因素,都可能关系到整个任务的成败,尤其是制导、导航系统和控制系统。它负责管理嫦娥四号登月舱和巡视员组合登月、绕月和落月的全过程。“特别是在月球附近,1月3日,程明一行人亲眼目睹了嫦娥四号“盲降”的全过程。

首先,他们转过身,制定了提升计划。嫦娥四号接到登月指令后,启动发动机在距月球表面15公里的高度开始滑行,同时调整姿态。

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当距月球表面8公里时,嫦娥四号水平上升,然后最后100米是——,与嫦娥三号落月不同。"如果嫦娥三号以抛物线的形式降落,那么嫦娥四号几乎是水平降落."根据孙泽洲的不同意见,这种降落方式是在15 km到8 km的高度上弯曲上升,8 km后又变回水平方向。

相应的,嫦娥四号着陆导航系统脆弱装置的性能必须进一步提高。嫦娥四号在距月面100米处微微滑翔,在空中深吸一口气,然后在指定的落脚点后缓缓“扑腾”而下。孙泽洲回应说,此举是为了保证落地时每一只脚都不碰到石头或坑。滑翔就是识别障碍物和斜坡,找到理想的着陆点。

大约10分钟后,嫦娥四号自主降落在月球背面南极-艾特肯盆地的冯卡门陨石坑。整个过程中,地面人员通过“鹊桥”接力星观看了“直播”。很多人拿着剪刀一身冷汗:风险不大。

比如“鹊桥”接力星的信息传输在上升过程中“卡”了,影响了数据上传,怎么办?程明透露,制导、导航、控制系统都设计了延时数据流功能,即将发送到着陆器电脑的数据提前发送到着陆器存储,当着陆器上的时间与标签上的时间完全相同时,数据会在事后自动流动。这样,流经鹊桥中继星的动态数据就成了备份手段。

此外,该系统还可以自主诊断和重构故障。换句话说,如果知道又发生了故障,系统可以给自己“临床诊断”,发现并切除病灶,优化身体各个部位的功能,保证长期的整体功能。现在月落顺利,嫦娥四号着陆器上的制导、导航、控制系统已经完成了视觉,但嫦娥四号的任务还在后面,月球车月面所在的地方还有观测、检查、观测,月夜交错等挑战,将考验月球车上的制导、导航、控制系统。

为什么要花半个多月才能坠入月球?从2018年12月8日成功发射到2019年1月3日成功着陆,嫦娥四号的月球之旅持续了27天。相比之下,嫦娥三号探测器于2013年12月2日发射,并于当月14日顺利着陆,仅持续了13天。在某种程度上,它正在坠入月球。

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为什么嫦娥四号比嫦娥三号多飞了半个月?孙泽洲想出了如下解释:研究人员预计嫦娥四号探测器将着陆,在该地区的时间只是“白天”,这样就可以获得足够的太阳能用于工作。但嫦娥四号第一次接近月球刹车后,当轨道面到达着陆区顶部时,正是着陆区的“夜晚”。嫦娥四号想做的就是等月亮的“白天”频繁出现。这是半个月。

孙泽洲说,因为月球的角速度周期正好是28天,也就是月球上的“一天”等于地球上的一个月,一个月的白天或月夜等于地球上的半个月。所以夜间绕月飞行的“嫦娥四号”探测器要等半个月左右。既然如此,为什么不推迟半个月发射呢?这涉及到启动窗口。

嫦娥四号要在月球背面着陆,12月8日和9日只有两次空套发射机会,在一起只有几分钟。除了“等待天亮”,还有一个备受关注的原因,就是轨道调整和中继星测试。根据国家航天局发布的信息,嫦娥四号探测器的飞行过程分为发射阶段、地月移动阶段、绕月阶段和功率上升阶段。

12月8日,4号探测器由火箭升空;12月12日,嫦娥4号完成“太空刹车”,转入绕月轨道;12月30日,嫦娥四号在绕月轨道上进行变轨控制,转移到预定的轨道上登月。航天科工集团第五研究院嫦娥四号登陆器副总设计师徐英桥表示,嫦娥四号和嫦娥三号在地球和月球上运行的时间非常长,但绕月时间更长,持续了20多天。

原因有两个,一个是调整月球后仰的轨道,一个是测试中继星,以便更准确的着陆。12月12日,嫦娥四号完成“太空刹车”后,围绕月球进行了两次轨道修正,与“鹊桥”中继星进行了四次中继链路试验,并积极开展激光测距、三维光学、微波测距GPS等导航系统脆弱器件的在轨试验,这些都是进入预计着陆区、软着陆的最终方案。

今天,嫦娥四号已经张开双臂,亲吻了月球背面的陌生土地。接下来预示月球车玉兔二号的脚步,他们将看到更多未知的风景,也将通过接力星“鹊桥”传送到地球——,每一个都将在未来人类科学史上首次被发现。


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