吳偉仁,于登云

(1.探月與航天工程中心,北京100037;2.中國(guó)航天科技集團(tuán)公司,北京100048)

“嫦娥3號(hào)”月球軟著陸工程中的關(guān)鍵技術(shù)

吳偉仁1,于登云2

(1.探月與航天工程中心,北京100037;2.中國(guó)航天科技集團(tuán)公司,北京100048)

2013年12月14日,“嫦娥3號(hào)”月球探測(cè)器成功降落在月球北緯44.12°、西經(jīng)19.51°的虹灣著陸區(qū),巡視器與著陸器成功分離、轉(zhuǎn)移并完成互拍,首次實(shí)現(xiàn)了中國(guó)航天器在地外天體軟著陸與巡視勘察,使中國(guó)成為繼美國(guó)和前蘇聯(lián)之后第三個(gè)成功實(shí)現(xiàn)月球軟著陸的國(guó)家。在簡(jiǎn)述“嫦娥3號(hào)”月球軟著陸工程研制歷程的基礎(chǔ)上,分析總結(jié)了工程研制中突破的主要關(guān)鍵技術(shù)。

嫦娥3號(hào);月球軟著陸;關(guān)鍵技術(shù)

0 引言

“嫦娥3號(hào)”月球軟著陸工程作為我國(guó)探月工程“繞、落、回”三步走規(guī)劃的第二步,其主要任務(wù)目標(biāo)是突破月球軟著陸、月面巡視、月夜生存、多目標(biāo)深空測(cè)控通信和地月轉(zhuǎn)移軌道多窗口高精度發(fā)射等關(guān)鍵技術(shù),實(shí)現(xiàn)月面軟著陸;進(jìn)行月面就位探測(cè)與巡視探測(cè),并開(kāi)展月面形貌與地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)、月表物質(zhì)成分和可利用資源調(diào)查,以及地球等離子體層探測(cè)與月基光學(xué)天文觀測(cè)研究[12]。

“嫦娥3號(hào)”月球軟著陸工程由探測(cè)器、運(yùn)載火箭、發(fā)射場(chǎng)、測(cè)控和地面應(yīng)用等五大系統(tǒng)組成[3]。其中,探測(cè)器系統(tǒng)由著陸器和月面巡視器(“玉兔號(hào)”月球車)組成。自2008年立項(xiàng)以來(lái),先后經(jīng)歷了方案設(shè)計(jì)、初樣研制和正樣研制三個(gè)階段,完成了設(shè)計(jì)分析仿真、產(chǎn)品制造、試驗(yàn)驗(yàn)證、獨(dú)立評(píng)估、質(zhì)量復(fù)查和出廠評(píng)審等研制建設(shè)工作,研制了新技術(shù)新產(chǎn)品占80%以上的著陸器和巡視器,首次研制建設(shè)了模擬低重力懸停、避障、著陸等大型試驗(yàn)設(shè)施;運(yùn)載火箭系統(tǒng)采用雙激光慣組和多窗口發(fā)射技術(shù),測(cè)控系統(tǒng)新研制了66 m、35 m大口徑天線的S/X頻段深空站[4],發(fā)射場(chǎng)系統(tǒng)首次實(shí)現(xiàn)了同位素核源狀態(tài)下的成功發(fā)射[5],地面應(yīng)用系統(tǒng)建立了我國(guó)首個(gè)遙科學(xué)實(shí)驗(yàn)室。

2013年12月2日,“嫦娥3號(hào)”探測(cè)器在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心由“長(zhǎng)征3號(hào)乙”運(yùn)載火箭成功送入近月點(diǎn)200 km、遠(yuǎn)月點(diǎn)38萬(wàn)km的地月轉(zhuǎn)移軌道;12月6日,“嫦娥3號(hào)”探測(cè)器飛抵月球,并成功實(shí)施近月制動(dòng)順利進(jìn)入約100 km環(huán)月軌道;12月10日,在環(huán)月軌道成功實(shí)施變軌控制,進(jìn)入預(yù)定的近月點(diǎn)15 km月面著陸橢圓軌道;12月14日,從近月點(diǎn)15 km開(kāi)始著陸下降,在月球正面北緯44.12°、西經(jīng)19.51°的預(yù)選虹灣著陸區(qū)成功實(shí)現(xiàn)軟著陸;12月15日,巡視器與著陸器成功分離,駛抵月面,并與著陸器實(shí)現(xiàn)兩器互拍;隨后,兩器所有載荷正常工作,獨(dú)立開(kāi)展了相應(yīng)的多種科學(xué)探測(cè)任務(wù)。這標(biāo)志著“嫦娥3號(hào)”月球軟著陸工程作為探月工程二期的標(biāo)志性任務(wù)取得圓滿成功。

“嫦娥3號(hào)”任務(wù)的創(chuàng)新性主要體現(xiàn)在我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)地外天體軟著陸、月表無(wú)人自動(dòng)巡視、探測(cè)器月夜生存、月面就位與巡視科學(xué)探測(cè)等,首次研制建設(shè)了可滿足火星等深空探測(cè)的測(cè)控通信網(wǎng)。這不僅涉及一系列需要突破的關(guān)鍵技術(shù),而且具有技術(shù)新、平臺(tái)新、產(chǎn)品新和環(huán)境新以及關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)難和地面試驗(yàn)驗(yàn)證難等特點(diǎn)。這一系列關(guān)鍵技術(shù)的突破確保了嫦娥任務(wù)的圓滿成功。本文將對(duì)一些主要關(guān)鍵技術(shù)作簡(jiǎn)要分析。

1 主要關(guān)鍵技術(shù)

1.1 探測(cè)器總體技術(shù)

“嫦娥3號(hào)”探測(cè)器作為我國(guó)第一個(gè)地外天體軟著陸探測(cè)器,也是繼前蘇聯(lián)1976年“月球24”著陸月球后重返月球的第一個(gè)軟著陸探測(cè)器。它由著陸器和巡視器組成,著陸器攜帶巡視器著陸月面,與巡視器進(jìn)行兩器分離后開(kāi)展就位探測(cè);巡視器駛抵月面后,開(kāi)展月面巡視探測(cè)。如何在著陸區(qū)位置與復(fù)雜環(huán)境、火箭的承載能力與入軌精度、測(cè)控通信弧段與精度等約束條件下,合理設(shè)計(jì)探測(cè)器運(yùn)行軌道、指標(biāo)分配、構(gòu)型布局、能源需求、信道余量、數(shù)據(jù)傳輸和月面試驗(yàn)驗(yàn)證項(xiàng)目與方法,以及與各系統(tǒng)接口關(guān)系等,以實(shí)現(xiàn)“嫦娥3號(hào)”任務(wù)工程和科學(xué)目標(biāo),都是探測(cè)器總體必須考慮和突破的關(guān)鍵技術(shù)[3]。

“嫦娥3號(hào)”探測(cè)器作為工程五大系統(tǒng)中新技術(shù)最多、技術(shù)難度最大的系統(tǒng),在工程研制總要求約束下,通過(guò)方案論證、系統(tǒng)仿真等工作,突破了任務(wù)分析、軌道設(shè)計(jì)、環(huán)境影響分析、發(fā)動(dòng)機(jī)羽流影響分析等探測(cè)器總體關(guān)鍵技術(shù),合理地確定了總體技術(shù)方案,為“嫦娥3號(hào)”任務(wù)順利實(shí)施奠定了良好基礎(chǔ)。

1.2 探測(cè)器著陸懸停避障技術(shù)

“嫦娥3號(hào)”任務(wù)首選虹灣地區(qū)作為探測(cè)器著陸區(qū)。雖然它具有地勢(shì)較平坦、科學(xué)意義大、測(cè)控通信好及從未探測(cè)過(guò)等特點(diǎn),但從影像圖上看,該地區(qū)也并不像人們想象中的那樣平坦,地形坑坑洼洼,遍布幾米甚至幾十米直徑的環(huán)形坑,同時(shí)還有大量分布在環(huán)形坑底部、坑緣及平面地區(qū)大小不等的零散石塊(如圖1所示)。而且,“嫦娥3號(hào)”探測(cè)器要實(shí)現(xiàn)月面軟著陸,需經(jīng)歷距月面15 km耗時(shí)、只有十幾分鐘的動(dòng)力下降段。在動(dòng)力下降段中,探測(cè)器無(wú)法依賴地面測(cè)控和人工干預(yù),只能完全依靠自主導(dǎo)航控制,完成降低高度、確定著陸點(diǎn)、實(shí)施軟著陸等一系列關(guān)鍵動(dòng)作。但月球著陸器對(duì)地面平整度的要求非常高,因此在坡度、石塊、環(huán)形坑等不確定的復(fù)雜月面環(huán)境和完全依靠自主導(dǎo)航控制的情形下[6],為確保探測(cè)器實(shí)現(xiàn)安全軟著陸,就必須突破著陸懸停避障技術(shù)。

圖1 巡視器全景相機(jī)所拍月面圖Fig.1 The lunar surface photo by the Rover

探測(cè)器著陸懸停避障技術(shù),涉及著陸導(dǎo)航敏感器、控制算法、變推力發(fā)動(dòng)機(jī)和金屬膜片儲(chǔ)箱等一系列控制與推進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)。通過(guò)攻克這些關(guān)鍵技術(shù),設(shè)計(jì)了高精度、分段減速懸停式無(wú)人自主著陸控制方案,研制了測(cè)距測(cè)速敏感器、高動(dòng)態(tài)激光測(cè)距敏感器和激光三維成像儀,以及大范圍、高精度、高可靠的無(wú)級(jí)變推力發(fā)動(dòng)機(jī),從距月面15 km開(kāi)始動(dòng)力下降(如圖2所示),在主減速段、調(diào)整段、接近段、懸停段和避障段分別采取不同制導(dǎo)方式,并結(jié)合慣性測(cè)量單元,對(duì)著陸過(guò)程的距離、速度、姿態(tài)和地形地貌等進(jìn)行綜合、精確測(cè)量,實(shí)現(xiàn)大動(dòng)態(tài)、高精度自主著陸導(dǎo)航控制,確保了探測(cè)器安全軟著陸。

1.3 探測(cè)器著陸緩沖與穩(wěn)定技術(shù)

由于月球上是高真空狀態(tài),探測(cè)器著陸月面過(guò)程中不能用降落傘減速,只能采用著陸器底部的變推力發(fā)動(dòng)機(jī)反向推進(jìn)。雖然此方法可降低著陸器的下降速度,但由于發(fā)動(dòng)機(jī)火焰會(huì)激起月球表面月塵,因此,發(fā)動(dòng)機(jī)必須在距月面一定高度關(guān)機(jī),使探測(cè)器以一定速度進(jìn)行自由落體,從而與月面發(fā)生著陸撞擊。同時(shí),由于月面并不平坦且軟硬不一,加之著陸器也不一定是四個(gè)腿同時(shí)著地,可能有先有后,因此,要確保探測(cè)器著陸月面時(shí)不會(huì)發(fā)生損壞、塌陷或傾斜翻滾,實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定著陸,就必須解決探測(cè)器著陸緩沖與穩(wěn)定技術(shù)。

圖2 “嫦娥3號(hào)”軟著陸過(guò)程示意圖Fig.2 The soft landing process of Chang'e-3

探測(cè)器著陸緩沖與穩(wěn)定技術(shù)需要解決著陸緩沖、收攏壓緊與展開(kāi)鎖定、抗著陸傾斜翻滾、穩(wěn)定支撐及防著陸器過(guò)度塌陷等問(wèn)題。通過(guò)技術(shù)攻關(guān),設(shè)計(jì)了四腿式著陸緩沖與穩(wěn)定機(jī)構(gòu),以平面對(duì)稱方式安裝在著陸器結(jié)構(gòu)下部,每套著陸緩沖與穩(wěn)定機(jī)構(gòu)為具有吸收能量與緩沖作用的金屬腿型結(jié)構(gòu),由主支柱、多功能輔助支柱、足墊和壓緊釋放裝置組成。經(jīng)驗(yàn)證,成功解決了探測(cè)器著陸月面時(shí)的安全穩(wěn)定問(wèn)題,如圖3所示。

圖3 “嫦娥3號(hào)”著陸器安全著陸月面圖Fig.3 The lander of Chang'e-3 on the lunar surface

1.4 探測(cè)器兩器分離與移動(dòng)操控技術(shù)

根據(jù)工程總體設(shè)計(jì),由著陸器和月面巡視器組成的“嫦娥3號(hào)”探測(cè)器組合體,在飛行與著陸月面前,由著陸器完成各項(xiàng)操控;在著陸月面后,月面巡視器與著陸器實(shí)施兩器釋放分離,并經(jīng)著陸器轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)駛抵月面。因此,確保探測(cè)器兩器安全順利分離,以及巡視器月面正常移動(dòng)操控,成為滿足工程要求和實(shí)現(xiàn)工程任務(wù)目標(biāo)的關(guān)鍵[24]。

探測(cè)器兩器分離與移動(dòng)操控技術(shù)涉及巡視器連接解鎖與抬升、分離與轉(zhuǎn)移、行進(jìn)與轉(zhuǎn)向、導(dǎo)航與避障、任務(wù)支持與遙操作等一系列新技術(shù)。通過(guò)技術(shù)攻關(guān),研制了多點(diǎn)固定抬升式連接解鎖機(jī)構(gòu)、四連桿轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu),制定了解鎖、展開(kāi)、平移、下降、駛離的兩器分離策略,實(shí)現(xiàn)了巡視器在復(fù)雜著陸姿態(tài)和復(fù)雜月面地形下的自主安全分離與轉(zhuǎn)移;研制了板式主承力結(jié)構(gòu)、六輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)、四輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和篩網(wǎng)式車輪,以及導(dǎo)航與避障相機(jī)和自主避障算法,建立了任務(wù)支持與遙操作系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)導(dǎo)航、自動(dòng)拐彎、自動(dòng)選擇路線、自動(dòng)爬坡、自動(dòng)避障和自主路徑規(guī)劃,滿足月面多點(diǎn)就位科學(xué)探測(cè)要求。巡視器在月面工作如圖4所示。

圖4 “嫦娥3號(hào)”巡視器月面工作圖Fig.4 The rover of Chang'e-3 on the lunar surface

1.5 探測(cè)器月夜生存與自動(dòng)喚醒技術(shù)

由于月球自轉(zhuǎn)速度與繞地球公轉(zhuǎn)速度相近,月球的一個(gè)晝夜約等于地球的28個(gè)晝夜,月晝溫度高達(dá)約130℃,月夜溫度低至—180℃。探測(cè)器如果在月球表面工作時(shí)間達(dá)一個(gè)地球月以上,則必然要經(jīng)歷近半個(gè)地球月的極端高溫月晝和近半個(gè)地球月的極端低溫月夜。在如此極端惡劣的溫度環(huán)境下,若不采取新的技術(shù)措施,探測(cè)器無(wú)法保證安全,不是因極端高溫使設(shè)備損壞,就是因極端低溫使設(shè)備失效。因此,要保證探測(cè)器在月晝高溫下長(zhǎng)時(shí)間安全可靠工作,在月夜極低溫下生存與自動(dòng)喚醒,成為必須面對(duì)并解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

通過(guò)攻關(guān)研究,面對(duì)月晝高溫和月夜低溫交變的生存環(huán)境,在月夜期間,采用以放射性同位素(RHU)為熱源、氨為工質(zhì)的氣液兩相流體回路,實(shí)現(xiàn)1/6低重力條件下的自動(dòng)運(yùn)行,解決熱量的有效導(dǎo)入和充分利用問(wèn)題,確保儀器設(shè)備在極低溫環(huán)境下能維持必要的溫度而生存;在月晝期間,綜合采用隔熱、導(dǎo)熱、輻射、遮陽(yáng)和工況調(diào)整等措施,充分排散大量冗余熱量,實(shí)現(xiàn)探測(cè)器極高溫條件下安全可靠工作。在月夜休眠轉(zhuǎn)月晝喚醒時(shí),采用太陽(yáng)光照使電流和功率增大而自然喚醒的方式,既簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)降低了重量,又提高了可靠性[3]。

1.6 探測(cè)器就位與巡視探測(cè)載荷技術(shù)

“嫦娥3號(hào)”任務(wù)主要包括工程任務(wù)和科學(xué)探測(cè)任務(wù)。要實(shí)現(xiàn)科學(xué)探測(cè)任務(wù),首先必須確定科學(xué)合理先進(jìn)的探測(cè)任務(wù)目標(biāo)。而科學(xué)探測(cè)任務(wù)目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn),其中關(guān)鍵之一就在于科學(xué)合理地確定探測(cè)器就位與巡視探測(cè)載荷,既要具有先進(jìn)性和可行性,又要滿足科學(xué)探測(cè)任務(wù)目標(biāo)。

探測(cè)器就位與巡視探測(cè)載荷技術(shù)涉及科學(xué)探測(cè)載荷的確定和研制。為獲得月球降落和巡視區(qū)的地形地貌和地質(zhì)構(gòu)造,著陸器上攜帶了降落相機(jī)和地形地貌相機(jī),巡視器上攜帶了全景相機(jī)和測(cè)月雷達(dá)。為開(kāi)展重要天區(qū)光變的長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)和低銀道帶的巡天觀測(cè),觀測(cè)太陽(yáng)活動(dòng)和地磁擾動(dòng)對(duì)地球空間等離子層極紫外輻射的影響,研究該等離子層在空間天氣過(guò)程中的作用,著陸器上攜帶了月基天文望遠(yuǎn)鏡和極紫外相機(jī)。為開(kāi)展月表物質(zhì)成分和可利用資源調(diào)查,巡視器上攜帶了紅外成像光譜儀和粒子激發(fā)X射線譜儀[7]。研制這些科學(xué)探測(cè)載荷,既要涉及滿足科學(xué)探測(cè)任務(wù)要求所需的一系列載荷專業(yè)技術(shù),又要涉及滿足工程應(yīng)用要求的輕量化、小型化技術(shù)和月面復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)等技術(shù)。

1.7 多窗口窄寬度高精度發(fā)射入軌技術(shù)

“嫦娥3號(hào)”探測(cè)器采用我國(guó)目前推力最大的“長(zhǎng)征3號(hào)乙”增強(qiáng)型運(yùn)載火箭發(fā)射。根據(jù)“嫦娥3號(hào)”任務(wù)特點(diǎn),火箭必須滿足連續(xù)3天、每天連續(xù)2個(gè)窗口和所帶推進(jìn)劑的限制,要求火箭必須具有更高的發(fā)射入軌精度[3]。因此,如何在“長(zhǎng)征3號(hào)乙”火箭的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)多窗口窄寬度高精度發(fā)射,是工程必須解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

多窗口窄寬度高精度發(fā)射入軌技術(shù),涉及低溫推進(jìn)劑火箭在多個(gè)窄窗口條件下的快速在線裝訂與切換、雙激光慣組與衛(wèi)星導(dǎo)航復(fù)合制導(dǎo)、兩器多頻段RF無(wú)線轉(zhuǎn)發(fā)、長(zhǎng)時(shí)間滑行熱環(huán)境與熱防護(hù)等多項(xiàng)技術(shù)。通過(guò)技術(shù)攻關(guān),顯著提高發(fā)射可靠性和發(fā)射入軌精度,地月轉(zhuǎn)移軌道半長(zhǎng)軸偏差由千km級(jí)提高到百km級(jí)。

1.8 新體制新頻段多目標(biāo)測(cè)控通信技術(shù)

根據(jù)“嫦娥3號(hào)”任務(wù)特點(diǎn),探測(cè)器首次采用X頻段測(cè)控體制,以提高數(shù)據(jù)傳輸速率和測(cè)控精度。同時(shí),探測(cè)器在落月前是一體飛行,在落月后開(kāi)始月面工作時(shí),著陸器和巡視器分離為兩個(gè)測(cè)控目標(biāo),因此,地面測(cè)控通信網(wǎng)需具備多目標(biāo)測(cè)控支持能力。

新體制多目標(biāo)測(cè)控技術(shù)包括新建兩個(gè)深空測(cè)控站和組建深空測(cè)控網(wǎng)所涉及的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),包括大口徑高效率天線、超低溫制冷接收機(jī)、高精度高穩(wěn)定度氫原子鐘、高效多頻段大功率發(fā)射機(jī)、三向測(cè)量和同波束干涉測(cè)量等技術(shù)[4]。通過(guò)技術(shù)攻關(guān),有效解決了低信噪比條件下的測(cè)控、高數(shù)傳碼速率傳輸和月面雙目標(biāo)的測(cè)控問(wèn)題,提高了測(cè)定軌精度、天地測(cè)控性能,實(shí)現(xiàn)了有動(dòng)力條件下的位置確定以及著陸器和巡視器的相對(duì)位置確定,研制建設(shè)了可覆蓋火星探測(cè)的深空測(cè)控通信網(wǎng),成功實(shí)現(xiàn)了“嫦娥3號(hào)”任務(wù)的高精度測(cè)控通信要求,首次開(kāi)展了月面高真空狀態(tài)下的UHF通信試驗(yàn)。

1.9 地面試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)

針對(duì)“嫦娥3號(hào)”任務(wù)的一系列新要求、新技術(shù)和新環(huán)境,需要在地面進(jìn)行有效和充分的模擬試驗(yàn)驗(yàn)證[2,3]。比如,著陸器動(dòng)力下降時(shí)能否有效實(shí)現(xiàn)自主懸停避障及緩速下降、著陸月面時(shí)能否有效實(shí)現(xiàn)著陸緩沖和適應(yīng)復(fù)雜月面環(huán)境保持穩(wěn)定姿態(tài);巡視器在復(fù)雜條件下能否有效實(shí)現(xiàn)與著陸器分離并移動(dòng)到月面,在月面巡視勘察時(shí)能否適應(yīng)復(fù)雜月面環(huán)境(月塵、斜坡、壕溝、巖石等),做到不失穩(wěn)、不下陷、不翻車、不被卡或者變形;以及各種活動(dòng)部件月球重力條件下能否有效工作等。

地面試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)涉及一系列試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)設(shè)施、試驗(yàn)環(huán)境和試驗(yàn)方法,以確保實(shí)際執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中所有技術(shù)在地面得到有效和充分的模擬驗(yàn)證。這些地面試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)是我國(guó)以往衛(wèi)星和其他航天器研制過(guò)程中未曾遇到的,如著陸器懸停避障及緩速下降試驗(yàn)驗(yàn)證、著陸沖擊與穩(wěn)定性試驗(yàn)驗(yàn)證、著陸器與巡視器分離釋放與轉(zhuǎn)移試驗(yàn)驗(yàn)證、巡視器月面移動(dòng)及遙操作試驗(yàn)驗(yàn)證等技術(shù),這不僅需要研制專用試驗(yàn)設(shè)備、特殊的試驗(yàn)設(shè)施、典型的試驗(yàn)環(huán)境以及有效的試驗(yàn)方法(如圖5所示),而且需要在工程研制中并行開(kāi)展攻關(guān)研究并先于飛行產(chǎn)品完成,以便為飛行產(chǎn)品開(kāi)展地面試驗(yàn)驗(yàn)證創(chuàng)造條件。

1.10 探測(cè)器科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)地面接收處理技術(shù)

探測(cè)器共攜帶8臺(tái)科學(xué)載荷,執(zhí)行不同的科學(xué)探測(cè)任務(wù)。其中,著陸器攜帶4臺(tái)科學(xué)載荷即降落相機(jī)、地形地貌相機(jī)、極紫外相機(jī)和月基天文望遠(yuǎn)鏡;巡視器攜帶4臺(tái)科學(xué)載荷即全景相機(jī)、測(cè)月雷達(dá)、紅外成像光譜儀和粒子激發(fā)X射線譜儀[3]。根據(jù)工程要求,這些珍貴的科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)需要通過(guò)地面接收站進(jìn)行準(zhǔn)確接收與處理,有時(shí)還需要實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)快速處理,以便及時(shí)驗(yàn)證探測(cè)效果和科學(xué)載荷工作狀態(tài)。因此,做好科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)地面接收處理是確?！版隙?號(hào)”科學(xué)探測(cè)任務(wù)圓滿完成的又一關(guān)鍵。

科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)地面接收處理技術(shù)涉及數(shù)據(jù)接收技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù),而數(shù)據(jù)處理技術(shù)又包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)反演與解譯技術(shù)等。通過(guò)這些技術(shù)攻關(guān),實(shí)現(xiàn)科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)或延時(shí)接收與記錄,各級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的處理與制作以及對(duì)科學(xué)載荷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視。

圖5 著陸器懸停避障及緩速下降試驗(yàn)設(shè)施Fig.5 Lander's hover-obstacle avoidance-slowdown test facility

2 結(jié)論

當(dāng)今世界,探測(cè)、開(kāi)發(fā)和利用月球,已成為空間科技領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)的新的戰(zhàn)略制高點(diǎn)?！版隙?號(hào)”工程是我國(guó)航天領(lǐng)域迄今最復(fù)雜、難度最大的航天工程之一,需要攻克的關(guān)鍵技術(shù)多,技術(shù)難度大,實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)高。尤其作為我國(guó)自主研制的首個(gè)月球軟著陸探測(cè)器,新技術(shù)、新產(chǎn)品高達(dá)80%以上。本文所列舉的10大類關(guān)鍵技術(shù)只是“嫦娥3號(hào)”月球軟著陸工程所涉及的主要關(guān)鍵技術(shù),篇幅所限,不再一一分析。

太空探索征途漫漫,科技創(chuàng)新永無(wú)止境。“嫦娥3號(hào)”工程任務(wù)的圓滿完成標(biāo)志著我國(guó)探月工程的一批關(guān)鍵技術(shù)取得突破,也為探月工程后續(xù)任務(wù)奠定了一定技術(shù)基礎(chǔ)。但隨著社會(huì)發(fā)展和探索未知的不斷深入,必然會(huì)催生出新的需求和新的航天工程,從而牽引出新的更多的關(guān)鍵技術(shù)。這些技術(shù)的突破,將為和平開(kāi)發(fā)利用太空和促進(jìn)人類科技進(jìn)步做出更大貢獻(xiàn)。

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于登云(1961—),男,研究員,博士生導(dǎo)師,中國(guó)航天科技集團(tuán)公司科技委副主任,中國(guó)探月工程副總設(shè)計(jì)師。主要研究方向:航天器動(dòng)力學(xué)與總體設(shè)計(jì)技術(shù)。

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[責(zé)任編輯:高莎]

Key Technologies in the Chang'e-3 Soft-Landing Project

WU Weiren1,YU Dengyun2
(1.Lunar Exploration and Space Program Center,Beijing 100037,China;2.China Aerospace Science and Technology Corporation,Beijing 100048,China)

On Dec.14,2013,Chang'e-3 lunar probe successfully landed on the Rainbow Bay area at 44.12°N/ 19.51°W of the moon,then the lunar lander and rover successfully separated and took photos of each other,which achieved the mission objective of our nation's first soft landing and roving exploration on a celestial body beyond the Earth,and made China the third country achieving lunar soft landing after the United States and the former Soviet Union.In this paper,based on the brief introduction of the development process of Chang'e-3 project,the key technologies of the project are summarized.

Chang'e-3 project;soft lunar landing;key technology

V41

:A

:2095-7777(2014)02-0105-05

吳偉仁(1953—),男,研究員,博士生導(dǎo)師,國(guó)防科工局探月與航天工程中心,中國(guó)探月工程副總設(shè)計(jì)師。主要研究方向:測(cè)控通信與航天系統(tǒng)工程技術(shù)。

2013-11-01;

2013-12-30

探月工程重大科技專項(xiàng)