“嫦娥”夜奔蟾宮 “玉兔”待降虹灣

/CFP

□綜合新華社、法制晚報、新京報

子夜時分，大地在沉睡。

大涼山峽谷中的西昌衛星發射場，長征三號乙運載火箭靜靜依偎在發射塔架的環抱中。2日1時26分，塔架上，剛剛給火箭加注完低溫燃料的工作人員，正進行最后的撤離。

數十米高的火箭頂部整流罩內，端坐一位現代“嫦娥”：中國第三顆探月衛星——嫦娥三號月球探測器。重近3.8噸的探測器，由陸器和“玉兔”號月球車組成。“1分鐘准備！”1時29分，靜寂山谷中傳來“零號指揮員”鄢利清響亮的聲音。這名“80”后科技人員，已是第二次擔任嫦娥發射任務“零號指揮員”。

塔架徐徐打開。乳白色的火箭箭體上，“中國航天”4個鮮紅的大字在燈光下分外醒目。火箭頂部整流罩上，中國探月工程的標誌清晰可見。

這是中國的第三次探月飛行。從嫦娥一號的“繞”月到嫦娥三號的“落”月，中國探月工程“三步走”戰略正在有序推進，中國人登上月球的夢想正在逐步變為現實。

時間一秒一秒地滑過，嫦娥三號靜待出征的號令。來自海內外數十家媒體的記者把“長槍短炮”都對準了一個方向：發射塔架。“10、9……3、2、1，點火！”鄢利清有力地發出號令。與此同時，發射控制台操作手白春波重重地按下紅色點火按鈕。

捆綁了4枚助推器的火箭噴出一股橘紅色烈焰。巨大的火焰將塔架下導流槽內數百噸水瞬時化為蒸汽。總重達數百噸的運載火箭拔地而起，拖長長的尾焰直刺天幕。

在火箭騰空的同時，嫦娥工程各大系統上萬名參試人員、數千台套設備一齊啟動。

“火箭飛行正常”“跟蹤正常”“遙測信號正常”……從西昌到北京、西安，從廈門、喀什測控站到大洋上的遠望號測量船，測控數據的接力實時傳來。

一二級分離、拋整流罩、二三級分離、三級發動機關機……西昌指控大廳內，顯示屏正以動的形式實時顯示飛行的每一個關節點。

1時48分許，器箭分離。火箭將探測器成功送入近地點高度200公里、遠地點約38萬公里的地月轉移軌道。

太空長途跋涉之后，嫦娥三號將在月球實施中國首次地外天體軟陸，隨后開展一系列科學試驗。

2時18分許，嫦娥三號探測器太陽能帆板展開。指控大廳內掌聲四起。隨即，西昌衛星發射中心主任張振中宣佈：嫦娥三號發射任務取得圓滿成功！

[4大任務]

●發射嫦娥三號探測器，實現月球軟陸，驗證月球軟陸自動控制技術。

●實現巡視器釋放分離與轉移，進行月面行走，驗證月面巡視和遙操作技術。

●陸器與巡視器進行月夜休眠和月晝喚醒，驗證航天器月夜生存技術。

●考核嫦娥三號探測器、長征三號運載火箭的功能與性能，以及發射場、測控、地面應用系統執行任務的能力。

[6個“首次”]

●首次實現我國航天器在地外天體軟陸。中國將成為繼美蘇之后第3個實施月球軟陸的國家。

●首次實現我國航天器在地外天體巡視探測。

●首次實現對月面探測器的遙操作。

●首次研製我國大型深空站，初步建成覆蓋行星際的深空測控通信網。

●首次在月面開展多種形式的科學探測。

●首次研製建設一系列高水平特種試驗設施，創新形成了一系列先進試驗方法。[NT:PAGE=$]

發射時間為何選在凌晨？

嫦娥三號的落月時間選定月球的白天上午，這樣太陽能電池板才能接收能量，所以限定了發射時間。

北大地球與空間科學學院焦維新教授介紹，月球圍繞地球轉，相當於人造地球衛星一樣，但是轉得比較慢。地球本身在自轉，自轉比較快，月球有自身轉動的軌道平面，當這個平面掃過西昌衛星發射中心的時候，就是零窗口期，這樣可以使嫦娥三號和月球在一個軌道平面上。發射前，根據任務安排，嫦娥三號的發射窗口共6個，最長4分鐘，最短的僅為1分鐘，對發射的精準度要求很高。一旦第一個發射窗口不能發射，必須要盡快進入第二個發射窗口的工作狀態。第一個發射窗口與第二個發射窗口間隔僅40多分鐘，所以轉換難度很大。

在選擇與月球交會的時候，有很多條件限制，比如日地月的運動關係，運載火箭的能力，探測器可攜帶的燃料總量、氣象等等，都會影響到發射窗口的選擇和飛行軌道的設計。

焦維新表示，嫦娥三號應該在月球的上午落月，月球上是白天的話，可以有更多工作時間，太陽能電池板也能接收能量，所以，等於是落月的地點和時刻已經限定了，以至於環月的飛行過程、火箭發射的時刻和彈道也就限定了。

運載火箭為何選“長三乙”？

長三乙改進型運載火箭首次採取雙激光慣組加衛星導航修正復合制導方式，確保火箭精確入軌。

“火箭加注燃料，意味發射真正進入倒計時。這將是長三乙火箭的第25次出征。”嫦娥三號火箭系統總指揮岑拯。

為什麼選擇長三乙火箭，它有何“過人之處”？

在這次發射任務中，嫦娥三號要一次入軌，直接進入近地點200公里、遠地點約38萬公里的地月轉移軌道。“這對火箭的發射精度提出了很高要求。”探月工程火箭系統總設計師姜傑昨日在接受記者採訪時，發射時出現一點偏差，嫦娥三號在地月轉移中就將出現很大失誤。“為滿足嫦娥三號發射要求，擔負運載任務的長征三號乙改進型運載火箭首次採取雙激光慣組加衛星導航修正復合制導方式，確保火箭精確入軌。”姜傑。

姜傑解釋，雙激光慣組平台是一個內測裝置，就像人的“小腦”一樣，它借助陀螺等敏感器判斷火箭的飛行姿態，並利用數字化方程模式計算出如何較正，同時利用其慣性環境，確保火箭不偏離預定的軌道。

“在此基礎上，嫦娥三號增加了衛星導航修正裝置。”姜傑，因為雙激光慣組平台是內測設備，如果在火箭運行過程出現系統誤差導致火箭飛行軌道異常，衛星導航修正裝置可以彌補這一不足。“它用於接收外測信息，通過外測數據進行修正，並消除內測設備的系統誤差。”“這相當於給嫦娥三號精確入軌加了個‘雙保險’。”姜傑，這不僅能夠保證探測器能順利入軌，還能節省燃料為后續工作提供動力。

陸地點為何選在虹灣？

虹灣地處月球朝向地球的這一面，地形平坦，能保證降落的安全性。降落過程中會懸停避障，找到平整地點才會下落。

中科院院士、中國探月工程領導小組高級顧問歐陽自遠此前曾介紹，按計劃，嫦娥三號將在月球虹灣區陸。虹灣區地處月球的北半球、西半球，在月球正面的雨海區西北角。所謂月球正面，也就是月球朝向地球的這一面。月球自轉一周和繞地球一周約28天，所以地球上的人們永遠只能看到月亮的一半，看不到另一半。

陸區首先通訊得好，第二，陽光要好，第三，可以研究的科學問題多，第四，相對比較平坦，第五，其他國家還沒有去勘察過。美國和前蘇聯月球探測到的較多的地方是月球赤道附近，高緯度地區不多。虹灣是月球研究的空白，我們希望了解那裏的知識，比如有什麼石頭，成分是什麼，起因如何。

焦維新教授介紹，選擇虹灣，主要因為比較平坦，能保證降落的安全性。月球赤道附近高原比較多，坑比較多，對於陸不太安全。還要有陽光，這樣嫦娥三號的太陽能電池板可以吸取能量來工作。焦維新表示，最終也不一定會陸在虹灣，他，陸器是智能的，大概飛到離月球表面比較近的時候，它會懸停，相機拍了照片反饋給它，如果下面有個大坑，需要挪個地方，它自己就會平移，一直挪到照相機告訴它地面平了，它才會降落。[NT:PAGE=$]

14天“黑暗期”如何熬過？

“玉兔”將遵循工作14天、休眠14天的模式，太陽能面板和“暖寶”將助“玉兔”適應高達330℃的月晝月夜溫差。

月球上一夜相當於地球上14天，這意味在近半個月的時間裏，“玉兔”號月球車無法指望太陽能供電，它怎樣才能熬過漫長黑夜？

“月面夜間最低溫度可以降至-180℃，電子設備根本無法工作。”探月工程副總指揮、探月與航天工程中心主任李本正表示。由於月球沒有大氣層，月晝月夜溫差高達330℃；而且因為月壤的熱導率極低，即使在日間，只要月球車的一個部件處在陰影下，陰影中與陰影外的溫差同樣高達300℃。

科研人員為“玉兔”號精心設計了休眠模式——14天工作，14天“睡覺”。這種“日出而作，日落而息”的規律作息，極大地增強了“玉兔”號適應月表惡劣環境的生存能力。

測控系統主任設計師張波介紹，“白天時，月球車的太陽能電池帆板要調整角度，避免被陽光照射得太熱。最熱的月午，月球車還要‘午休’。”張波介紹，“玉兔”號設計壽命為3個月，這意味其要經歷3個月球白天和3個月球黑夜。所有的工作，要在月球時間的“上午”和“下午”完成。

焦維新表示，對於一些特別嬌嫩的設備，車內還專門准備了“暖寶”——月球車將首次使用我國自主研製的原子能電池，接受嚴寒、酷暑的考驗。其熱控系統將通過同位素熱源、隔熱組件、散熱面設計等組件，使工作時的艙內溫度控制在20℃至55℃之間。

崎嶇月球路“玉兔”怎麼走？

有4隻“眼睛”能夠自主判斷安全避讓，時速約200米。

全程參與研製的主任設計師肖傑，月球重力是地球的1/6，表面土壤非常鬆軟，凹凸不平，有石塊、有隕石坑，還有陡峭的高坡。在這種環境中，月球車既不能打滑，更不能翻車。想要克服這些困難，“玉兔”號須具備“眼觀六路、耳聽八方”的本領。

肖傑介紹，“玉兔”號有4隻“眼睛”，分別是全景相機和導航相機。通過相機觀察周圍環境，對月面障礙進行感知和識別，然后對巡視的路徑進行規劃。遇到超過20度的斜坡、高於20厘米的石塊或直徑大於2米的隕石坑，能夠自主判斷安全避讓。

為了適應月球的惡劣“路況”，“玉兔”號對“車輪”要求極高。

研製中，科研人員曾拿出四輪、六輪、八輪以及履帶式等幾十種方案。最終，“六輪獨立驅動，四輪獨立轉向”的方案，憑藉高可靠性和低重量的完美結合一舉勝出。

據探測器系統專家介紹，“玉兔”號會慢慢移動，比人們想象的走得慢，時速約200米。它的高性能體現在越障能力和通過性，而不是追求高速度。[NT:PAGE=$]

如何防“月塵”防宇宙射線輻射？

月球車會通過控制姿勢等方式消除月塵，身披“黃金甲”可阻擋宇宙中各種高能粒子的輻射，保護月球車腹中的科學探測儀器。

月球車在月面“行走”風險重重。由於太陽紫外線輻射的影響，月壤細粒會周期性地升起，而月球重力僅為地球的1/6，月球車行走時更容易帶起大量月壤細粒，形成月塵。月塵可能進入甚至覆蓋月球車所載儀器設備，一旦附很難清除。月塵可能引起月球車很多故障，包括機械結構卡死、密封機構失效、光學系統靈敏度下降等。

此外，由於月球重力僅為地球的1/6，這使得月球表面的土壤遠比地球上鬆軟，月球車的行進效率會降低。而低重力導致的摩擦繫數降低，使得在月球上行走遠比在地球上容易打滑，這對月球車的控制系統提出了更高的要求。

美國田納西大學的科學家們提出，利用磁場製作月球空氣過濾器的設想。利用多個永久磁鐵生一個巨大的磁場，以吸附空氣中的月球塵埃微粒。而關掉過濾器，就能把塵土擦掉。

專家認為，這為我國月球車的研製提供了一些新的思路。焦維新表示，月球車會通過控制姿勢等方式消除月塵。

因為缺乏大氣，登陸后的月球車將完全暴露在多種宇宙射線下，強烈的電磁輻射可能破壞電子遙控系統。

“玉兔”被設計為身披“黃金甲”，目的不是為好看，而是為了反射月球白晝的強光，降低晝夜溫差，同時阻擋宇宙中各種高能粒子的輻射。所有這一切，都是為了支持和保護月球車的腹中“秘器”——紅外成像光譜儀、激光點陣器等10多套科學探測儀器。

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全球迄今探月130次成功率為51%

難點一：月面陸

從上世紀50年代末開始，為月面陸而發起首波衝擊的是蘇聯“月球”號和美國“徘徊者”號系列探測器，但在它們遞交的初始成績單上卻是一連串“失敗”。

由於設計、生和元器件質量問題，這些落月先驅們有的升空即炸毀，有的在低軌道上躊躇不前，有的錯過了繞月窗口，還有的一頭扎進月球背面再無音訊。

為了軟陸，1965年蘇聯操控人員向著月球5號和月球7號探測器，用力按下反方向制動火箭啟動指令。然而前者的制動火箭沉默不語，后者過早發飆、提前撤火，最終全成“硬摔”。

但失敗是成功之母。1966年2月，蘇聯月球9號探測器小心翼翼地啟動軌道修正發動機，制動火箭準確應答噴火，氣囊及時打開，探測器底部的一根5米長探針觸探月面……在如此護航下，地球“使者”終於首次平安降臨月宮。

迄今全球共實施約130次探月，成功率為51%。其中，只有美國和蘇聯完成了13次月面無人軟陸。

難點二：晝夜溫差

登月后的探測器須先生存、后工作，最高達330攝氏度的月面晝夜溫差始終是生死考驗。 1970年11月，人類首次派出的自動巡月 “鋼鐵俠”——蘇聯的月球車1號從月球17號落月探測器內，徑直駛入月球正面北部“雨海”（實為平原），在11個月內總共挺進10余公里。巡察期間，其配備的同位素熱源和散熱裝置出色應對寒來暑往，直至同位素材料自然耗盡，方纔徹底退休。

巡月考察的危險可能始料未及。1973年1月，被科學家寄予厚望的蘇聯月球車2號在“雨海”以東的“澄海”邊區亮相。然而4個月后，當它在地面操控下駛入一個“年輕”的環形山時，疏鬆的月壤使其輪子空轉，騰起的浮土覆蓋了太陽能電池板和散熱器，導致供電驟減、車內過熱，無奈折戟。

（據新華社電）

美國早期探測器落月都是“盲降”

“據報導，嫦娥三號陸器有避障能力，所以希望它能避開石頭等任何大障礙。要知道當初美國‘勘測者’系列探測器落月時都是‘盲降’啊”，美國航天局月球探索分析小組成員、約翰斯·霍普金斯大學科學家傑夫·普萊夏近日在接受新華社記者採訪時這樣。

據普萊夏介紹，“勘測者”探測器落月時只能簡單地執行事先設計好的降落程序，然后聽天由命。 “勘測者”系列探測器除了在落月中途失敗過兩次外，其余5次全部安全陸。

蘇聯“月球”系列探測器也有好幾次落月失敗。普萊夏舉例：“在2009年升空的美國 ‘月球勘測軌道飛行器’拍攝的圖像中，我們發現了‘月球23號’探測器。它顯然在降落時由於速度太快而發生翻滾，導致失敗。所以我們看到的只能是這個探測器的‘身體’一側。 ”

“沒有一個美國陸器，無論是‘勘測者’還是‘阿波羅’，是真正水平陸的，它們落月時都是傾斜的，”普萊夏，“這是因為月面凹凸不平，有很多微小的隕石坑。但對落月來，小坑一般不是大問題，真正妨礙陸站穩的是石頭。當然，我相信中國測控人員借助繞月探測器已經拍攝了很多圖像，可以選擇石頭相對較少的安全月面陸。 ”

普萊夏介紹：“如果陸過程中出了問題，你真的什麼也做不了。在月球上，因為通信信號延遲時間短，你或許還能知道出了問題。要是在火星上，陸都已經失敗了，你還不知道呢。 ”

普萊夏還指出，數十年來，登月技術已有了很大進步，落月的危險小了很多，但最危險的階段就是最后幾米。對軟陸而言，最重要的技術是避障。 “當你接近月表時，如果用成像系統或雷達等掃描發現有障礙，就需讓探測器移動一下位置。無論是否真有障礙，重要的還是看避障技術，”普萊夏。

（據新華社電）