25日起,嫦娥三號月球探測器的著陸器和巡視器相繼進入月夜休眠,忙碌已久的航天人終於(yu) 可以暫時鬆口氣。記者來到中科院上海技術物理研究所,聽這裏的科學家們(men) 講述了嫦娥落月“黑色720秒”裏那些不為(wei) 人知的台前幕後。
“黑色720秒”,是指“嫦娥三號”月球探測器從(cong) 15公裏高度降至月球表麵的這12分鍾。之所以稱之為(wei) “黑色”,是因為(wei) 足夠驚心動魄:重達3780公斤的嫦娥“三姑娘”,要完全依靠自主控製,完成降低高度、測距、測速、選擇著陸點、自由落體(ti) 著陸等一係列動作。而在這期間,地麵人工幹預的可能性幾乎為(wei) 零。
720秒內(nei) ,由中科院上海技術物理研究所研製的激光測距敏感器和激光三維成像敏感器發揮了至關(guan) 重要的作用,它們(men) 既是“三姑娘”的“眼睛”,又是其成功落月的最大“功臣”。
激光測距敏感器主要作用是在嫦娥飛入月球表麵15公裏軌道以後,全程監測“三姑娘”與(yu) 月麵的距離,並“兼職”算出其落月的速度,從(cong) 而不斷完成動力下降階段對嫦娥“三姑娘”著陸姿態的控製,輔助其向著陸區降落。該儀(yi) 器在嫦娥落月的過程中,每一秒就發射兩(liang) 次激光,以此獲取精度在0.2米的月距高度。雖然操作原理一目了然、簡單易懂,然而在執行的過程中,科學家們(men) 還是碰到了不小的麻煩。
負責激光測距敏感器項目的研究員黃庚華回憶道,在預定著陸時間的前半個(ge) 小時,激光測距敏感器就開機了,然而此時激光的光軸卻並未與(yu) 月麵建立垂直的關(guan) 係,而是與(yu) 著陸器一起以傾(qing) 斜的姿態下降。“激光光束是"擦著"月麵斜射過去,很難測量出具體(ti) 數據。站在指揮現場,遲遲看不到數據讓我們(men) 非常緊張。”直到“三姑娘”下降到距月麵35公裏左右時,屏幕上“跳出”了“40公裏”的數據,科學家們(men) 才鬆了一口氣。
解決(jue) 了“嫦娥”降落高度與(yu) 姿態的問題,還要解決(jue) “往哪裏落”的問題。“雖說虹灣地勢相對平坦,但表麵仍然存在高坡、隕石坑、大石塊等諸多不確定因素,所以精確避障極為(wei) 重要。”中科院上海分院副院長、上海技術物理所研究員王建宇表示。
激光三維成像敏感器就承擔了為(wei) “三姑娘”精確避障、確定安全著陸區的“光榮使命”。負責激光三維成像敏感器項目的研究員徐衛明介紹說,“在預定著陸時間的前4分半鍾,激光三維成像敏感器開機,待嫦娥到達距月麵100米的懸停位置正式開始工作。它的主要任務是采集月麵的三維圖像,將高於(yu) 20厘米的石頭或低於(yu) 20厘米的坑識別出來,從(cong) 而在一個(ge) 長寬都是50米的區域內(nei) 找出一個(ge) 長寬都是10米的安全著陸區。”
激光三維成像敏感器發揮作用的時間非常短,在“黑色720秒”中隻工作了大約4秒鍾:前0.25秒用來完成掃描成像,剩下的約3秒時間完成計算。“嫦娥在距月麵100米的位置最長的懸停時間隻有30秒,在這個(ge) 過程中,激光三維成像敏感器隻有3次拍照機會(hui) 。幸運的是,我們(men) 第一次掃描就成功了。”徐衛明高興(xing) 地說。
“最後100米的落月環節風險最大、也是最不可控的。激光測距敏感器還有一次關(guan) 機再開的機會(hui) ,而激光三維成像敏感器如若出現問題,該功能將立即被放棄,嫦娥三號也隻能直接降落,在這種情況下,無論底下什麽(me) 情況都沒辦法補救,所以我們(men) 最擔心這一環節。”上海技術物理研究所研究員舒嶸說,“這次探月,我們(men) 到達了一個(ge) 前人完全沒有去過的"未知"區域。月麵的特性,例如隕石坑、高坡等,我們(men) 其實並不知道它們(men) 具體(ti) 在哪裏。實際上,從(cong) 後來傳(chuan) 回的照片可以看出,在著陸器正前方約10米的位置處就有一個(ge) 很大的深坑。”
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