新華社上海12月26日電(王琳琳)25日起,嫦娥三號月球探測器的著陸器和巡視器相繼進(jìn)入月夜休眠,忙碌已久的航天人終于可以暫時松口氣,仔細(xì)梳理第一階段的各項科學(xué)探測和數(shù)據(jù)搜集。記者來到中科院上海技術(shù)物理研究所,聽這里的科學(xué)家們講述了嫦娥落月“黑色720秒”里那些不為人知的臺前幕后。
“黑色720秒”,是指“嫦娥三號”月球探測器從15公里高度降至月球表面的這12分鐘。之所以稱之為“黑色”,是因為足夠驚心動魄:重達(dá)3780公斤的嫦娥“三姑娘”,要完全依靠自主控制,完成降低高度、測距、測速、選擇著陸點、自由落體著陸等一系列動作。而在這期間,地面人工干預(yù)的可能性幾乎為零。
就在這地面航天人“手足無措”的720秒內(nèi),由中科院上海技術(shù)物理研究所研制的激光測距敏感器和激光三維成像敏感器發(fā)揮了至關(guān)重要的作用,它們既是“三姑娘”的“眼睛”,又是其成功落月的最大“功臣”。
“月球探測器的著陸過程需要核心解決三件事:一是高度與姿態(tài)的測量;二是發(fā)動機推力的控制;三是對100米懸停避障的測量和把控。”上海技術(shù)物理研究所研究員舒嶸介紹說。
激光測距敏感器,是著陸器上最早開機的設(shè)備,其主要作用是,在嫦娥飛入月球表面15公里軌道以后,全程監(jiān)測“三姑娘”與月面的距離,并“兼職”算出其落月的速度,從而不斷完成動力下降階段對嫦娥“三姑娘”著陸姿態(tài)的控制,輔助其向著陸區(qū)降落。該儀器在嫦娥落月的過程中,每一秒就發(fā)射兩次激光,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(zhí)行的過程中,科學(xué)家們還是碰到了不小的麻煩。
負(fù)責(zé)激光測距敏感器項目的研究員黃庚華回憶道,在預(yù)定著陸時間的前半個小時,激光測距敏感器就開機了,然而此時激光的光軸卻并未與月面建立垂直的關(guān)系,而是與著陸器一起以傾斜的姿態(tài)下降?!凹す夤馐恰林旅嫘鄙溥^去,很難測量出具體數(shù)據(jù)。站在指揮現(xiàn)場,遲遲看不到數(shù)據(jù)讓我們非常緊張?!秉S庚華說,“那時,我們曾不斷向控制中心詢問,激光的光軸什么時候才能轉(zhuǎn)過來?嫦娥的姿態(tài)什么時候才能調(diào)整完畢?”
直到“三姑娘”下降到距月面35公里左右時,屏幕上“跳出”了“40公里”的數(shù)據(jù),科學(xué)家們才松了一口氣?!斑@說明激光測距敏感器已通過斜距測量獲得了具體數(shù)據(jù),設(shè)備整體工作狀態(tài)是正常的?!彪S后,激光測距敏感器表現(xiàn)非常平穩(wěn),從15公里一直到15米,在高性能“倒車?yán)走_(dá)”激光測距敏感器的精確“指引”下,“三姑娘”后來穩(wěn)穩(wěn)著陸。
解決了“嫦娥”降落高度與姿態(tài)的問題,還要解決“往哪里落”的問題?!半m說嫦娥三號的預(yù)選著陸區(qū)——虹灣地勢相對平坦,但它的表面仍然存在高坡、隕石坑、大石塊等諸多不確定因素,所以精確避障極為重要?!敝锌圃荷虾7衷焊痹洪L、上海技術(shù)物理所研究員王建宇表示。
激光三維成像敏感器就承擔(dān)了為“三姑娘”精確避障、確定安全著陸區(qū)的“光榮使命”。負(fù)責(zé)激光三維成像敏感器項目的研究員徐衛(wèi)明介紹說,“在預(yù)定著陸時間的前4分半鐘,激光三維成像敏感器開機,待嫦娥到達(dá)距月面100米的懸停位置正式開始工作。它的主要任務(wù)是采集月面的三維圖像,將高于20厘米的石頭或低于20厘米的坑識別出來,從而在一個長寬都是50米的區(qū)域內(nèi)找出一個長寬都是10米的安全著陸區(qū)?!?/p>
與激光測距敏感器相比,激光三維成像敏感器發(fā)揮作用的時間非常短,在“黑色720秒”中只工作了大約4秒鐘:前0.25秒用來完成掃描成像,剩下的約3秒時間完成計算?!版隙鹪诰嘣旅妫保埃懊椎奈恢米铋L的懸停時間只有30秒,在這個過程中,激光三維成像敏感器只有3次拍照機會。幸運的是,我們第一次掃描就成功了,直接找出了合適的著陸區(qū),通過一次自主實施平移,就順利避開了地面障礙物、從容著陸?!毙煨l(wèi)明高興地說。
“最后100米的落月環(huán)節(jié)風(fēng)險最大、也是最不可控的。激光測距敏感器還有一次關(guān)機再開的機會,而激光三維成像敏感器如若出現(xiàn)問題,該功能將立即被放棄,嫦娥三號也只能直接降落,在這種情況下,無論底下什么情況都沒辦法補救,所以我們最擔(dān)心這一環(huán)節(jié)?!笔鎺V說,“這次探月,我們到達(dá)了一個前人完全沒有去過的‘未知’區(qū)域。月面的特性,例如隕石坑、高坡等,我們其實并不知道它們具體在哪里。實際上,從后來傳回的照片可以看出,在著陸器正前方約10米的位置處就有一個很大的深坑?!?/p>