嫦娥奔月前測試吉林火山灰模擬月球土壤

“嫦娥”奔月前測試：吉林火山灰摹擬月球土壤

嫦娥三號監(jiān)視相機傳回的月球表面彩照。新華社發(fā)

科技人員在實驗場內(nèi)進行月球車爬坡測試。(航天科技集團供圖)

測試現(xiàn)場。(航天科技集團供圖)

概括起來，“落月”和“巡月”是嫦娥“3姑娘”此次月亮之行的兩大任務(wù)，也就是月面軟著陸和月面巡查勘察。嫦娥三號總指揮張廷新指出，這兩大任務(wù)要求嫦娥三號探測器攻克多項關(guān)鍵技術(shù)，包括月面軟著陸、兩器分離、月地間遙操作、月夜生存、測控通訊及地面試驗等。嫦娥三號的新研產(chǎn)品所占比例高達80%，而一般衛(wèi)星只有20%至30%，參與單機研制的單位有230多家，這還不包括多家參與合作的高校。

搭建“月宮”煞費苦心

用吉林火山灰模擬月壤

落月點的狀況到底是怎樣的？這是嫦娥飛天之前，研制人員思考最多的問題之一。雖然嫦娥二號獲取了大量的月表圖片，但月面下有沒有“陷阱”？又如何讓嫦娥三號平穩(wěn)地落到月面上？

為了消除對落月點狀態(tài)的不確定性，研制人員建立了包括月表地形地貌模型、月塵模型在內(nèi)的多個模型，同時為嫦娥三號量身定制了多個專項實驗。為了模擬月球環(huán)境，還造出了一個“月宮”，這可不是一個簡單的工程。僅仿真月壤就讓研制人員走遍了全國，最后決定選用吉林靖宇縣龍灣火山群的火山灰。

在“月宮”內(nèi)，研制人員鋪上幾十厘米厚的模擬月壤，還特意在上面鋪石塊、刨坑、構(gòu)造坡度等，然后讓月球車在上面行走，并借助六分之一重力吊索，實現(xiàn)了低重力環(huán)境下月球車重量的減輕。

由于仿制的月壤輕且疏松，月球車車輪從上面行走時，整個場內(nèi)都彌漫著灰塵。夏季做實驗時更難熬，溫度可到達五六十?dāng)z氏度，粘在實驗隊員身上的灰塵與汗水混在一起，變成了泥糊糊。就是在這樣的試驗環(huán)境下，研制人員對月球車進行了成千上萬次的測試。

沙塵暴里架起百米試驗臺

內(nèi)場試驗的完成其實不代表萬事大吉，外場實驗必不可少。地點選在那里，實驗隊員可謂煞費苦心。他們發(fā)現(xiàn)，西北沙漠中沙子的力學(xué)特性比較接近月面。

“實驗時，參試人員都住在臨時搭建的簡易房內(nèi)，有時夜里遇到沙塵暴，頭部要裹得嚴(yán)嚴(yán)實實。即使這樣，凌晨起來，被子上、桌子上、地上全是沙子，足足能掃出半臉盆。”張廷新回憶道。研制人員在試驗場搭起高100米的試驗架。“沙漠中的營地好像是海上的威尼斯，邁出房門便無處落腳”。實驗隊員就是在那里進行了長達數(shù)月的沙漠之旅。[1][2][3]下一頁動力系統(tǒng)技術(shù)精尖

29臺發(fā)動機為嫦娥提供動力

嫦娥“3姑娘”在落月過程中演繹曼妙舞姿，而背后的“舵手”是發(fā)動機，就像人的心臟，給嫦娥提供強大的動力。嫦娥三號探測器上有多少臺發(fā)動機？答案是29臺，而其中7500N變推力發(fā)動機直接決定著嫦娥三號奔月與落月的成敗，且沒有備份。

月球，素有人類探索深空的“前哨”之稱，但前往這個“前哨”的途中充滿了艱辛和風(fēng)險。此前失敗的探月任務(wù)中，大部分是由動力系統(tǒng)故障所致使。此次嫦娥三號著陸器推進系統(tǒng)的發(fā)動機有多種型號，功能各異、不同推力組成了強大的動力“同盟”，上演了一場動力“接力”。其中，“壓軸”出場的著陸器推進系統(tǒng)最終讓嫦娥三號安全抵達月球。

真空要求嫦娥“心臟”千變?nèi)f化

航天器返回地球時，根據(jù)不同的需求采取了滑翔、降落傘、旋翼等不同的方式，但與地球著陸方式完全不同，月面著陸是在真空狀態(tài)下的軟著陸，沒有大氣也就意味著不能利用空氣磨擦實現(xiàn)減速。

嫦娥三號探測器要實現(xiàn)月面安全軟著陸，傳統(tǒng)火箭發(fā)動機和推動系統(tǒng)沒法完成這1任務(wù)。由于，在月球這一無大氣天體表面的軟著陸機動飛行中，要求發(fā)動機多種推力“快速變化”，時而“鉚足馬力”，時而“輕手輕腳”，時而又“凝神靜思”，這一系列不斷變換的“舞姿”，需要發(fā)動機具有深度節(jié)流能力，傳統(tǒng)發(fā)動機根本沒法實現(xiàn)，也就是說，無法實現(xiàn)推力的變化。

只有研制變推力發(fā)動機，才能完成月球著陸探測器中途修正、近月制動、動力下降、懸停等軟著陸任務(wù)，不僅要求推進系統(tǒng)在15公里到100米高度精準(zhǔn)地完成主減速任務(wù)，還要在100米到4米高度開始穩(wěn)定和緩慢地下落，在實施懸停、避障后，在4米高度實施關(guān)機，保證探測器能夠安全平穩(wěn)完成落月任務(wù)。完全可以說，在此次舉世矚目的嫦娥三號落月進程中，能否落得穩(wěn)和準(zhǔn)，變推力發(fā)動機說了算。前一頁[1][2][3]下一頁200多根導(dǎo)管要通過“三檢五審”

為使嫦娥三號走好在月球上的“第一步”，航天科技集團六院的科研人員用了五年時間，為落月量身定制了7500N變推力發(fā)動機，這也是我國首臺具有大范圍變推力工作能力的液體發(fā)動機。作為推動系統(tǒng)的唯一主發(fā)動機，可實現(xiàn)大范圍階躍式變推力及無級變推力，首次“亮相”就承擔(dān)動力系統(tǒng)接力的“最后1棒”。

著陸器推動系統(tǒng)有著200多根導(dǎo)管、400多條焊縫管路、400多處螺釘連接部位，活接頭部位近百處，研制過程中，“精”字是關(guān)鍵。發(fā)動機推力室噴管采取特殊合金材料，外涂高溫抗氧化劑涂層，壁身最薄處僅毫米級，且全身無縫連接，可謂科技與工藝的完美結(jié)合。

如果把發(fā)動機比作心臟，一根根導(dǎo)管無疑就是輸送“養(yǎng)分”的血管。能為嫦娥三號服務(wù)，所有的導(dǎo)管最少要通過“三檢五審”，首先要經(jīng)過清洗、酸洗、內(nèi)窺鏡“腸道”檢查；內(nèi)外焊縫除了進行內(nèi)窺鏡檢查外，還要接受X光拍片“透視”探傷。

成功“瘦身”為嫦娥“減肥”

由于承擔(dān)了“落月”使命，與嫦娥一號、二號相比，嫦娥三號推動系統(tǒng)完全是一個嶄新的動力系統(tǒng)，除變推力主發(fā)動機外，還包括十多臺150N和十幾臺10N姿控發(fā)動機。這些發(fā)動機承當(dāng)月球著陸器中途修正、近月制動、動力下降、懸停等一系列軟著陸任務(wù)，并按預(yù)定指令實現(xiàn)該“出手”時就“出手”，再“出手”時“不含糊”。

姑娘都是愛漂亮的，嫦娥三號也不例外，在奔月之前還進行了“瘦身”，推動系統(tǒng)首先做出了犧牲。“出于嫦娥三號重量、構(gòu)型的特殊要求，為推動系統(tǒng)‘瘦身’成為首要課題。”嫦娥三號推動系統(tǒng)副指揮李和軍介紹說。研制人員發(fā)現(xiàn)，10N的小姿控發(fā)動機就像一個細(xì)長的小白酒盅，身段輕盈，無“肥”可減。于是他們將眼光鎖定在貯箱、氣瓶、7500N及150N發(fā)動機等的減重設(shè)計上，由此帶來諸多關(guān)鍵技術(shù)的突破，成為推動系統(tǒng)的亮點。輕質(zhì)、大容積復(fù)合材料纏繞式金屬膜片貯箱研制成功，利用無焊縫鋁合金內(nèi)襯復(fù)合材料纏繞氣瓶設(shè)計制造技術(shù)對氣瓶減重，甚至連在系統(tǒng)中占比不高的自鎖閥也不放過，都進行了小型化改進。解決“減肥”問題，為我國后續(xù)深空探測任務(wù)提供了技術(shù)積累。

韓娜

原標(biāo)題： “嫦娥”奔月前測試：吉林火山灰模擬月球土壤

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稿源：中國青年

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