航天科工30餘項技術產品 全程保障嫦娥三號任務
12月14日,嫦娥三號探測器成功落月,開啓了我國探月工程二期嶄新一步。作為重要的技術配套和保障單位,中國航天科工所屬17家單位的30餘項技術產品及軟件測評服務,為嫦娥三號“落下去、分得開、看得見、走起來”的各階段目標提供全程保障支撐。
讓着陸器實現“落下去”
作為“中華牌”航天器的首次地外天體軟着陸任務,“嫦娥落月”成為舉世矚目的焦點,就是由中國航天科工γ關機敏感器所肩負的任務。

嫦娥三號探月任務控制計算機使用的是經過升級和改進後的第二代星載計算機操作系統Space OS2
要真正實現我國航天器踏上月球,必須突破月面“軟着陸”控制技術,其中落月高度控制尤為關鍵。當嫦娥三號從環月飛行轉到月面着陸工作階段時,需要通過開啓發動機控制“姿態”而向月球緩慢下降,隨着落月過程的開始,置於嫦娥三號底部的γ關機敏感器實時精確測量嫦娥三號與月面的距離。當探測到距月面數米高度時,發出關機指令關閉發動機。這個關機指令的發出,是實現“嫦娥落月”的關鍵動作,決定着“落月”任務的成敗。
之後,隨着發動機反推力的撤離,着陸器將在月球引力作用下(相當於地球的1/6)以自由落體的方式着陸,踏上月球。為了確保嫦娥三號在月面實現“軟着陸”,要求γ關機敏感器在近月環境下精確測距,精準控制,一次成功。
讓着陸器與巡視探測器“分得開”
在嫦娥三號着陸器安全着陸後,與着陸器緊緊相連的巡視探測器(月球車)將實施按時分離動作,之後,分離後的巡視器在抬升機構板簧組件的作用下,按自主軌道順利滑向月球表面,進行月球表面巡視工作。這兩種由航天科工研製的火工機構能否在既定時間按時解鎖,決定着此次任務的成敗。
此前,航天科工研製的連接分離機構已在載人航天工程中成功應用,它如飛船的臂膀,毫秒不差、收放自如地將各個艙段按需拆合,保障飛船安全進入軌道運行、返回地球、到達預定着陸點和安全着陸等各關鍵階段。
讓着陸器的“眼睛”“看得見、看得真”
“嫦娥三號”着陸器在落月點“虹灣”着陸後,將在頂部彈出一個桅杆,桅杆上有它的“眼睛”——地形地貌相機組件,航天科工研製的光學鏡頭組件是地形地貌相機組件的最重要構成,主要任務是清晰拍攝“廣寒宮”外形的動態和靜態照片,並時刻關注“月球車”的運行狀況。同時,它還擔負了艱鉅的政治任務——清晰地拍攝出 “月球車”上的彩色五星紅旗照片,告訴全世界這是中國製造。
地形地貌相機是我國首台在月球上拍攝彩色圖像的“彩色相機”,在光學鏡頭上採用了耐輻照環境適應性設計等技術,為相機穿上了“防輻射服”,為鏡頭打了“免疫疫苗”,保證其能適應宇宙空間輻射和月表極冷極熱的真空環境。同時,鏡頭還戴上了“頭盔”——遮光罩,阻攔了外界雜散光,並將“戴”在鏡頭前端的“有色眼鏡”挪到了鏡頭裏面,避免了鬼像(鬼像即非預期影像)的產生,確保拍攝出“真顏色”的彩色照片。為了避免月塵污染的影響,確保高質量清晰成像,設計師們採用先進的技術給相機安裝了一個“屏蔽網”,將落在相機表面的月塵影響屏蔽掉。
讓月球車“走起來”
在離開着陸器的“懷抱”後,月球車會“迫不及待”地開展月面探測工作,如何讓它靈活地“走起來”,順利完成避障、越障、爬坡等精彩動作,是本次嫦娥任務的一個關鍵。為此,航天科工為其“量身定製”了兩種電機,一種用於月球車移動分系統車輪驅動,讓月球車順暢“走起來”;另一種用於月球車機械臂分系統關節驅動,讓機械臂靈活“動起來”。
多年來,航天科工致力於宇航特種電機的技術研究和能力建設,突破各種技術難題,不斷從長壽命、小型化、可靠性、兼容性等方面提高電機質量。
研製團隊終於固化了技術狀態,達到了國內類似體積無刷直流電動機的最高技術指標;為有效解決這兩種驅動電機能在超低温、大温差、極端真空條件下的“生存”問題並確保高可靠性,他們展開了一系列技術攻關,最終通過技術鑑定,並達到了國際水平。
兩種驅動電機經過各種嚴格苛刻試驗的“千錘百煉”,技術指標完全達到宇航標準並填補了國內空白,確保了“月球車”各項探測、觀測試驗任務的順利開展,樹立我國深空探測極端環境微特電機研發的里程碑。
中國航天科技集團承擔探測器與運載火箭總研製
在嫦娥三號這項體系龐雜、意義重大的工程中,中國航天科技集團公司承擔了探測器和運載火箭兩大核心關鍵系統抓總研製工作。
早在2007年,嫦娥一號僅用了三年多時間,創造了世界繞月探測衞星研製的最短紀錄。
三年後,帶着“飛得更快、靠得更近、看得更清”的目標,嫦娥二號在創下多個“第一次”後超額完成任務。它作為嫦娥三號的先導星,為嫦娥三號的發射奠定了堅實的基礎。
又是一個三年,作為我國第一個地外天體 軟着陸探測器的嫦娥三號誕生在航天科技集團,“嫦娥三號探測器是全新研製的探測器,也是五大系統中的核心,難度最大、需要攻克的關鍵技術多、技術跨度大、實施風險高。”嫦娥三號探測器副總設計師賈陽説。
如其所説,月球探測工程體系複雜,風險也相當高。據資料統計,世界上共進行了百餘次月球探測活動,成功率剛剛過半。
2007年,自重只有2.4噸、“身材”曼妙的嫦娥一號在長三甲火箭的託舉下,先繞地球飛行後再奔向月球。這種相當於坐着“滾梯”奔月的方式,讓奔月旅程耗費了12天之久。
2010年,同樣重量的嫦娥二號乘坐長三丙火箭,以“直梯”的方式奔月,即火箭將“二姑娘”直接送入地月轉移軌道,使得奔月時間縮短了5天,刷新了嫦娥奔月的“中國速度”。
三年後的今天,攬“玉兔”(月球車)同赴廣寒宮的“三妹”,重量陡然增加了1200千克,卻依舊順利乘坐“直梯”抵達近地點高度200公里、遠地點高度約380000公里的地月轉移軌道。這要歸功於長三甲火箭家族中運載能力最強的“大力士”——長征三號乙改進型三級捆綁式液體運載火箭。
為了將嫦娥三號送入更精準的軌道,節省後續任務的燃料,長三乙在發射窗口上做了一篇“大文章”。瞭解火箭發射的人都知道,每次發射任務都可能由於客觀原因導致火箭不能準時點火,從而錯過最佳發射時機。為此,長三乙通過窗口優化設計、軟件在線切換等技術進行了改進和試驗,發射月有連續3天具備發射條件,每天有2個發射窗口,大大降低了發射風險。
此外,長三乙還首次採用了雙激光慣組加衞星導航修正的複合制導技術,這相當於給火箭安上了“兩隻眼睛”,一隻眼睛可以保證火箭按照設計好的軌道飛行,另一隻眼睛則精確計算最佳途徑,並隨時修正,更加確保了嫦三精確入軌。
在可靠性和運載能力上,火箭也實現了質的飛躍。經過改造後的火箭,飛行可靠性由原來的0.938提升至0.942,奔月軌道運載能力由3750千克(長時間滑行狀態)增長到3780千克。
另外,長三乙首次運用遙測圖像實時傳輸技術,對火箭在發射和飛行過程進行“現場直播”。同時,還為嫦三量身打造了尊貴專享的“座椅”,即重新設計了嫦三的連接器,使火箭與探測器更完美地連接在一起,增強了嫦三奔月途中的舒適性和安全性。
探月工程總設計師吳偉仁:探月工程整個投入僅佔國家GDP的萬分之幾
在今天的“科學家與媒體面對面”第35期活動上,中國探月工程總設計師吳偉仁表示,中國探月工程“並沒有花太多錢”,整個投入僅佔國家GDP的萬分之幾,是一個相對比較小的數字。

中國探月工程總設計師吳偉仁(中)
“首先我想説沒有花太多錢。”吳偉仁説,當年美國人和蘇聯人為了探月不惜工本,因為是代表他們國家的實力和水平。全世界在上個世紀60年代-70年代一共開展了118次月球探測,其中蘇聯64次,美國54次,但是大部分是失敗的;90年代之後又開展了10餘次。“我們這是世界上第130次探索月球。”
“從次數看,我們是連續三次成功,成功率很高。”吳偉仁表示,當年美、蘇基本上是40%的成功率,現在整個統計起來成功率是51%。“我算了一下阿波羅工程,投入了250億美元,實際是不止的,他一共做了10多年,按照他每年的平均量算起來,大概美國當年投入探月工程的錢佔當年GDP的2%-2.5%,我們現在投的錢大概佔我們國家GDP的萬分之幾,就可以看出比例了。所以我們投入的錢不是很多。”