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嫦娥三号探测器创新团队:梦之队为嫦娥铺路

2013年12月19日16:40    来源:人民网-科技频道    手机看新闻

中华民族几千年流传的“嫦娥奔月”的美丽传说终于成为现实。继人造地球卫星、载人航天之后,中国航天又树立了一座闪亮的里程碑——航天器在地球以外天体上软着陆。难能可贵的是,在这项宏大的系统工程中,所有的一切都是利用中国自己的技术、设计、条件独立完成的。更难能可贵的是,这一太空奇迹的缔造者竟是一支平均年龄只有33岁的年轻队伍。让我们走近他们——嫦娥三号探测器研制团队,悉心倾听中国探月“梦之队”创新成长的故事。

有梦:创新放飞“嫦娥梦”

2008年3月,探月工程二期立项,中国空间技术研究院作为项目的主承制单位,及时召开了启动会,任命了探测器系统两总,嫦娥三号研制的大幕徐徐拉开。这是一项前人没有做过的工作,是一次没有退路、必须打赢的攻坚战。使命因艰巨而光荣,人生因奋斗而精彩,作为中国探月的国家队,这项开创性的使命无可争议地落在了年轻的嫦娥三号团队的肩头。

虽然有嫦娥一号和嫦娥二号成功绕月的技术基础和经验,但嫦娥三号探测器要首次在月面实现软着陆及巡视勘察,走进广寒宫里一探究竟,依然有许多新的技术难题需要攻克。与以往任何航天器相比,嫦娥三号由于面临月面特殊温度、月尘、月壤、月面地形地貌、1/6g重力环境等新环境带来的技术难题,要突破月球无大气条件下的着陆减速、着陆段自主导航控制、着陆冲击缓冲、月面生存、月面移动、月面巡视自主导航与遥操作控制等核心关键技术,技术跨度大,设计约束多。

为适应任务的需要,必须为“实现月面软着陆”量身定做一种全新的航天器。让中国“嫦娥”在月球上漫步的强烈使命,激励着研制团队,他们横下一条心,开始了“向月球进军”的艰辛跋涉。从方案论证开始,设计师们在孙泽洲总师的带领下,不分昼夜地与数据和资料打起了交道,充电补课、调研、讨论、分析、论证……日子在紧锁的眉尖飞快地划过,成熟的方案逐渐清晰地铺展在眼前。

脚下有了路,心里还要有数。嫦娥三号探测器由着陆器和巡视器组成,两者搭配,共赴月球。发射后经过发射段、地月转移段、环月段和动力下降段等过程,以软着陆的方式降落在月球虹湾地区,着陆器释放巡视器;分离后两器各自独立开展月面探测工作,技术难度非常大。全新的月面特殊环境使嫦娥三号从起步起就面临“新、多、难、紧”的特点,新平台、新载荷、新模式,新技术多,地面验证难,进度要求紧……扑面而来的巨大挑战,并没有让研制团队退缩。为在月面上实现软着陆,他们为着陆器专门配置了“四个腿”;为了实现虹湾地区的着陆,着陆器上首次使用了微波测距测速敏感器、激光三维成像敏感器、光学成像敏感器、新型发动机等核心关键设备;为了在月面上走得稳,他们为巡视器安装了“六个轮”;为了顺利完成巡视勘察,他们为巡视器配备了多个“秘密武器”:导航相机、避障相机、激光点阵器……敢为天下先的“嫦娥人”正以自己的能力,精心打造着“中国的嫦娥”:携带实现国际首次科学探测的月基天文望远镜、极紫外相机、测月雷达等;首次在我国航天器上采用特殊“热源”技术、新型变推力发动机技术,以及世界首创热控两相流体回路控制技术;首次配备360度全景相机、红外光谱仪和X射线谱仪;全新的着陆缓冲系统、全新的自主导航控制和遥操作系统……多个第一,不胜枚举。

创新,为嫦娥人插上了梦想的翅膀。嫦娥三号首次实现了我国航天器在地外天体软着陆及巡视勘察任务,首次获得探测器降落和巡视区月球的地形、地貌、地质构造等信息,还首次实现了月夜生存。中国航天人把浓墨重彩的画卷永远留在了月球上。

筑梦:创新铺就踏月路

与原本想象中婉约秀丽的淑女不同,嫦娥三号看起来更像是一位威风凛凛,身披黄金甲、脚踩风火轮的将军,经过研制团队5年9个月的精心打造,她以雷霆之姿,远征月宫。

自2008年春立项以来,嫦娥三号先后经过20个月的方案设计及关键技术攻关、26个月的初样研制和20个月的正样研制,2013年12月,“三姑娘”迎来了最后的发射时刻。对于即将到来的“毕业大考”,叶培建院士说:“嫦娥三号面临的最大难度是如何稳稳当当落在月球上。怎么办?必须是软着陆!绝不能硬撞,否则后果不堪设想”。

软着陆是踏上地球以外另一个星球,进行实地科学探测的第一步,是所有探测活动中最为重要的环节。目前,软着陆方式一般分为三类:降落伞式、缓冲气垫式和反推式。由于月球上没有大气,属于真空状态,所以研制团队放弃了降落伞;而真空状态会使气垫极度膨胀,所以研制团队也放弃了气垫。唯一的选择只有反推式,而要实现反推式软着陆,嫦娥三号必须迈过“三道坎”:防翻、减速、缓冲。要求重心尽可能低,降落时速度尽可能低,要通过缓冲尽可能吸收掉冲击载荷,确保器上设备安全可靠地工作。

“不同于近地航天器,嫦娥三号的资源有限,对重量要求非常苛刻,整器净重1220千克,占发射质量的比例不超过1/3。减重困难非常大。”孙泽洲总师介绍说。对此,研制团队一方面精打细算,对每个设备的重量都“斤斤计较”,甚至“克克计较”;另一方面进行总体优化,通过合理的功能模块划分,实现优化配置,既让探测器减重“瘦身”,又保证“嫦娥”的“含金量”不减。

当嫦娥三号发射升空向月球急速飞行,速度一旦过猛来不及刹车,就会一头撞上月球,摔的“粉身碎骨”。怎样实现减速?大家的心一下悬了起来。经过多方咨询,多次论证和大量试验,研制团队决定采用7500N发动机的变推力技术,突破着陆减速的难题。

月球表面覆盖着一层松软且崎岖不平的月壤,为安全着陆带来了很大的困难;此外,着陆器撞击月面将形成巨大的冲击力,不仅存在探测器出现翻倒的可能,还会激扬起月尘,对着陆器造成一定危害并影响任务成败。对此,研制团队充分考虑了月壤物理力学特性对着陆冲击、稳定性的影响以及月尘的理化特性等,研制出全新的着陆缓冲系统,解决了着陆的难题,为软着陆提供了牢固的支撑。

一次次过关夺隘,开拓进取的嫦娥人,以无穷的智慧和无比的创新激情,铺就了一条完美的踏月之路,确保了嫦娥三号探测器“出得去”、“刹得住”、“控得精”、“落得准”、“走得稳”!

圆梦:创新打造“梦之队”

创新的脚步永远不会停歇。面对重力是地球的1/6、陨石大坑遍布、土壤松软且表面崎岖不平、昼夜温差超过300℃的月面特殊环境,如何确保嫦娥三号探测器“存活”下来并顺利开展巡视勘查任务,是摆在研制团队面前的又一只拦路虎。

明知山有虎,偏向虎山行。不服输的中国空间技术研究院嫦娥三号研制团队在张廷新总指挥和孙泽洲总师的率领下,向着梦中的月宫又一次发起了冲锋。为了最大限度的激发年轻人的创新活力,张廷新总指挥大胆起用新人,有意识地给表现突出的年轻人压担子,营造宽松的创新环境;孙泽洲总师也常常跟年轻人强调,“不清楚的事情绝不能放过,一定要打破沙锅问到底,要多问几个为什么”。正是在两位老总的言传身教下,年轻的设计师们一心扑在创新攻关的道路上。

经过两千多个日日夜夜的艰辛跋涉,嫦娥三号团队研制出全球首创的两相流体回路,啃下了热控设计“硬骨头”,解决了嫦娥三号月夜生存难题,为其最终安全的“活下来”打牢了基础;为了验证探测器着陆过程导航控制算法、GNC与推进协调工作能力及工作程序的正确性,建设了大型月球着陆试验场,研制了跨度100米、高110米的着陆塔架,研制了着陆验证器,成立了试验队,历时7个月。首次在地面大气条件下点火,开展了悬停、避障及缓速下降试验;开展了着陆稳定性试验,验证了月球重力场下着陆面地形地貌和着陆面力学参数对着陆稳定性的影响;进行了着陆冲击试验,获取了器上主要部位的冲击响应,并对单机力学环境条件正确性进行了确认;进行了巡视器分离释放试验,验证了多种恶劣工况下巡视器释放分离的可靠性;首次建设了我国第一个规模最大、功能最强的巡视器室内试验场,开展了巡视器内场试验,系统验证了巡视器爬坡、越障、转向力、自主避障等性能;为了验证在未知、复杂多变环境下巡视器完成任务的能力,在我国西部库姆塔格沙漠无人区建立了巡视器外场,组建了试验队,历时1个月很好的完成了系统级试验;同时开发出满足巡视任务的地面任务支持与遥操作系统,首次实现了对月面探测器的遥操作,为顺利开展我国航天器首次地外天体巡视探测任务扫清了前进的道路。

“越是难走的路,越想走一走”。孙泽洲总师的话,一语道破了嫦娥三号成功的源泉,也说出了年轻的嫦娥人共同的心声。为了进行测控试验,年轻的队员们奔赴全国各地的测控点,模拟实战演练;对接队员手抬肩扛,带着二十多个沉重的设备箱,沿途搬运装卸,战酷暑,斗严寒,历时两个月,转战四万里,八地对接忙!忘不了远征沙漠无人区的酸甜苦辣,忘不了带着防毒面具对抗内场试验那些肉眼看不见的微尘,忘不了野外试验中那炎炎的烈日、成群结队的蚊虫……

在以技术难度“险峰”著称的航天领域,年轻的嫦娥人,秉承着“以国家任务为己任”的铮铮誓言,以自主创新为团队成长的驱动力,为嫦娥三号筑就了一条完美的踏月之路,让“中国制造”的“金子招牌”闪耀在茫茫太空。还记得有记者问:“对于从没去过的月球,你们有信心吗?”,叶培建院士回答:“我们靠党心、良心、责任心干出来的探测器,请祖国人民放心!”

就是这样一群年轻人,用青春坚守着使命,他们用创新追逐着梦想。仰望太空,脚踏实地,他们用创新铺就了一条前往外太空之路,用创新树立了中国航天一座新的里程碑。庞 丹 文 / 时小丹 图

(责编:实习生王檬、马丽)

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