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嫦娥四號成功著陸月球背面!傳感器提供精確降落信息

作者:深圳銘之光 發布時間:2019-01-04 16:41:34
  2019年1月3日10時許,嫦娥四號探測器自主著陸在月球背面南極-艾特肯盆地內的馮·卡門撞擊坑內,實現人類探測器首次在月球背面軟著陸。在此過程中,中國航天科技集團五院研制的測距測速傳感器,通過精確把握速度和距離信息,為嫦娥四號安全降落提供了支持。
 

 
嫦娥四號著陸器降落過程
 
  復雜著陸對自主制控要求極高
 
  中國航天科技集團五院的消息稱,相比嫦娥三號,嫦娥四號的落月難度更大。一方面,嫦娥三號著陸區地形起伏僅800米,堪稱“平原”;而嫦娥四號著陸區地形起伏達到6000米。更重要的是,嫦娥四號與地面交流需要通過鵲橋中繼衛星中轉,其間會產生約60秒的延時,這對于瞬息萬變的降落過程顯然太久。因此落月全程需要由它自主完成。
 


嫦娥四號著陸器
 
  由于降落的難度大大增加,嫦娥四號的著陸方式也將作出改動。由于著陸地的獨特地貌特點,它的避障需求遠高于其他著陸任務。
 
  可以看出,在進入準備階段后,嫦娥四號的軌跡不降反升,而后進入一個幾乎要實現長距離垂直下降過程,期間完成避障、懸停、精避障、緩速降落全過程,難度極大。這么一個復雜的“走位”,對自主導航制導與控制要求極高。
 


軟著陸過程示意圖,新華社圖片
 
  GNC系統控制落月全程
 
  嫦娥四號的成功落月,將我國航天器制導、導航與控制(GNC)技術提升到了新的高度。由五院502所研制的GNC系統,負責嫦娥四號奔月、環月、落月整個過程的控制,特別是近月制動和落月的過程,沒有重來的機會,對系統可靠性有著極高要求。
 
  地形崎嶇使得此前嫦娥三號的飛行軌跡無法適用,不可見又導致關鍵階段地面支持能力有限。在充分研究月面預定著陸區地形特點基礎上,502所科研團隊設計了適應新地形的落月軌跡方案。為減少對地面的依賴,他們修改了原有設計,大大提高了系統的穩定性和在危急狀況下的生存能力;同時完善了故障應對措施,將原本依賴人工處理的故障預案全部放手交給著陸器自行決斷,大大提高了故障應對速度。
 


嫦娥四號探測器巡視器(左)、著陸器(右)、中繼星“鵲橋”(上)示意圖
 
  測距測速傳感器提供精確信息
 
  正如我們開車時需要行車雷達和倒車雷達輔助,引導嫦娥四號落月的GNC系統,也需要各種探測器提供測量參數。五院研制的測距測速敏感器,通過精確把握速度和距離信息,為嫦娥四號安全降落提供了支持。
 
  根據嫦娥四號著陸環境的特點,科研團隊對此前嫦娥三號的測距測速敏感器進行了升級和優化。為此他們多次開展吊車試驗和校飛試驗,通過模擬的方式驗證傳感器性能是否滿足需求。
 

嫦娥四號著陸器監視相機C拍攝的著陸點南側月球背面圖像,巡視器將朝此方向駛向月球表面。新華社圖片
 
  等來落月指令后,嫦娥四號按照GNC系統的指揮,在距離月面15公里高度“定時定量”啟動發動機開始減速,在邊飛邊降的同時迅速調整姿態。在距離月面8公里時,嫦娥四號變為垂直下降,直至最后100米。為了保證著陸時不會掉進坑里或踩到石頭,它懸停在空中緩了口氣,待選定落腳點后,才緩緩“飄”了下去,整個過程大約耗時10分鐘。
 
  此外,五院為嫦娥四號研制了4條強有力的“腿”,也就是著陸緩沖機構,不僅能讓它穩穩著陸,還能有效吸收著陸時產生的沖擊力,防止它身上的設備被震壞。
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