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探月工程总设计师讲述嫦娥三号发射4个主要环节

2013年12月01日来源:新华网编辑:贾海林我有话说

  新华网西昌12月1日电(记者 曹滢 底东娜 李舰)12月2日1时30分,我国“嫦娥三号”探测器将在西昌卫星发射中心实施发射。在临近发射之际,新华网专访了中国探月工程总设计师吴伟仁。吴伟仁介绍说,“嫦娥三号”发射任务的主要环节是近月制动、变轨、软着陆和两器分离,其中软着陆即“落月”是最重要的考验。另外,中国探月工程的下一步计划是从月球采样返回,将在2020年以前实现月球无人采样返回。

  关键环节是近月制动、变轨、软着陆、两器分离

  新华网记者:新华网将对“嫦娥三号”发射进行全面即时报道。从12月2日凌晨的发射,到十几天后的落月探测,中间有哪些主要环节、过程和节点,请您向关心中国探月工程的网友介绍一下。

  吴伟仁:火箭发射以后,探测器开始奔向月球,大约历时5天后到达。到达月球以后首先是近月制动,也就是我们俗称的近月刹车,就像开汽车一样要刹车,要刹得住。这是这次任务一个很重要的特点。因为我们使用的是新研制的一种变推力发动机来刹车。第二,与“嫦娥一号”、“嫦娥二号”都不一样,这次是一次性地把环月探测设计成一个100km×100km的圆轨道,这里面还是有难度的。过去我们是先变成椭圆轨道,再变成圆轨道。这次因为能源受到限制,特别是推进剂受到限制,因此设计了这种环月圆轨道飞行方案。在此运行一段时间过后开始进行变轨,就变成100km×15km这种椭圆轨道。紧接着,再运行几天以后进入着陆过程。着陆从15公里开始往下降。其实发射、近月制动、变轨这些阶段和后面的月球降落比较起来,月球降落更为关键,从15公里开始下降,要在短短的几百秒之内安全降落到月面预选着陆区,这对我们来说是一个全新的,也是一个最重要的考验。

  这方面的难度在哪儿呢?因为月球的表面是未知的,我们不知道它会准确降落在什么地方,尽管采取了很多措施,包括考虑到在月球没有大气,采用火箭进行反推,靠发动机实现反推,然后再逐步减速。同时为了测定着陆器的高度、速度,又研制了新的激光测距、微波测速测距雷达,采取多种措施精确测量它的距离和速度。但风险还是比较大,因为那里月石、月坑很多,可能碰到石头,也可能碰到一个壕沟,这些情况都可能存在。关键是我们所降落的小环境,尽管已采取了很多措施,现在还是不太清楚。

  月球从大面积上、从宏观的方面相对来说还是比较平坦的,但小范围,比如最后50米×50米或者10米×10米的小环境,它的地形地貌是什么样子,这对我们是一个很大的考验。这方面国际上也做了一些尝试和探索,比如前苏联,它进行了多次月球探测,其中用于软着陆的探测大概有13次,前面12次都失败了,最后第13次才成功。实现软着陆,要想想软着陆的难点。美国要实现软着陆也失败了3次,第4次才成功了。可见难度还是比较大的。

  安全降落以后,还有一个很重要的环节就是月球车从着陆器上要分离、释放、解锁、转移到架舱上来,就是我们一般俗称的梯子。从梯子上降落下来到月面,月球车才走下来。走下来也和地形有关系,比如降落下去后,周围比较平坦,那可能走下来比较容易一点。如果梯子旁边有什么障碍物,可能难度就比较大。所以归纳起来主要环节就是近月制动、变轨、软着陆,再有就是两器分离。

  “嫦娥三号”在科研上实现多个创新

  新华网记者:“嫦娥二号”获得了国家科技进步特等奖,我们了解到“嫦娥三号”有80%的技术和产品是新的,能具体介绍一下“嫦娥三号”在自主创新方面的情况吗?和国际上的合作情况是怎么样的?

  吴伟仁:“嫦娥二号”获得国家科技进步特等奖,它和“嫦娥一号”不太一样,我们当时归纳了八大创新:比如说直接奔月的轨道设计,拿到了世界上最高分辨率的全月图,就是7米分辨率全月图;第一次在深空探测里面采用了X频段进行测控通信数据传输;在月球上开展了多种科学探测;还有我们第一次降轨到15公里,这15公里是为“嫦娥三号”做准备的。再有一个很重要的特点就是拓展实验做的很成功,比如说从月球轨道出发,然后奔向了拉格朗日L2点,这对于我们国家是第一次,在国际上,从月球上去拉格朗日L2点也是第一家。再有,从拉格朗日L2点探测了10个月后,又去进行了小行星探测,就是4179。美国人认为它是潜在威胁地球的,因为它的轨道是变化的,它最近距离地球曾经有过20万公里,所以这种小行星撞击地球的概率还是比较大的。我们对它进行了探测,从它旁边3公里的地方飞越探测,拿到了很精确的高分辨率的图像。因为这些创新点,“嫦娥二号”拿到了国家特等奖。

  “嫦娥三号”比起“嫦娥一号”、“嫦娥二号”主要有这样几个方面的创新:第一,我们国家第一次研制了一个能在月球降落的探测器,实现在月球的软着陆。要实现月球软着陆有多种,比如说研制了带腿的着陆器,研制了变推力的发动机,研制了高精度激光测距、激光三维成像系统,可以识别出图象,还有微波测距测速雷达,这些都是新研制的。当然,整个探测器的形体也是一个全新的构造。第二,我们第一次在月球上释放月球车,科学名字叫巡视器,老百姓一般称作月球车。所以这次征名就是用月球车,而不是用巡视器,一个是它的本名,一个是它的别称,月球车更通俗易懂。第三,第一次研制了深空测控。为了月球探测,研制了大型的深空站。在喀什研制建设了35米口径的S频段、X频段和ka频段大型深空站。在佳木斯研制建设了66米口径的S频段、X频段的深空测控站。同时,也规划了在南美洲要建设一个大型深空站。在上海也建设了一个VLBI站,65米的大型深空望远镜。这些大型深空站的建设,为月球探测和以后的火星探测及太阳系探空测控解决了问题。世界上美国和俄罗斯有大型的深空测控网,欧空局也建立了相应的深空测控网,我们是第四家,虽然建设比较晚,但起点比较高,应该说水平、精度、技术难度比他们好、比他们强,这为以后开展太阳系探测奠定了基础。

  这些创新都是自主的、百分之百的国产化。所以为什么说在“嫦娥三号”工程里面80%都是新技术、新产品,就体现在这些地方,都是自主研发的,靠自己的力量。

  利用月球能源是科学难题短期无法实现

  新华网记者:“嫦娥三”号在开发利用月球资源方面具体任务是什么?我们距离利用月球丰富的资源还有多远?

  吴伟仁:“嫦娥三号”这次搭载了多种有效载荷或者科学载荷,我们要实现的一方面是工程目标,一方面是科学目标。怎么上去是我们工程上要解决的问题,我们有这个能力从地面到月球,然后着陆在月球,这是工程上要实现的。那要去干什么呢?这是科学上要实现的。我们配置多种科学载荷,比如说这次有几个特点:第一配置月基光学望远镜,要在月球上看天体。月球看天体有什么好处呢?因为我们在地球上看天体、研究太阳系、研究宇宙或者某个星球,地球大气层对我们影响很大。月球因为没有大气,所以在它上面是“直通车”,清晰度非常高。第二,月球上14个白天,14个黑夜,一个月球日相当于我们28个地球日,所以它在同一个地点可以长时间观测某一个天体或天区,这对我们认识太阳系、认识天体还是很有科学价值的。比如美国哈勃望远镜,它是在几百公里轨道上看天空,我们在月球上肯定看得更远。还有就是测月雷达,可以探测月球上30米到100米左右的范围,我们要观察月亮的组成,这些都是科学目标。

  至于说能源的问题,根据美国人和我们“嫦娥一号”、“嫦娥二号”的科学探测结果,确实认为月球上氦3比较丰富。当然还有其他很多金属,很多金属和化学元素是地球上没有的。但对于氦3来说,“嫦娥一号”、“嫦娥二号”的探测结果认为月球上有100万吨到500万吨。也有科学家算过它用于核聚变,以1992年全世界用电量为基础,人们认为,只要有8吨氦3就可以解决全地球的能源问题,这个是不是很准确说不好,要经过精确的计算。因为氦3地球上很少,月球上很丰富,但是要实现氦3的探测、采集、运输、返回是一个很大的科学难题,不是短期内能够实现的,但从长远看不排除这种可能性。

  着陆器、月球车有“寿命” 任务完成后留在月球

  新华网记者:从三个月前月球车通过新华网和腾讯网向全球征名等一系列科普活动开始,探月报道一再掀起公众和广大网友对“嫦娥三号”的高度关注和热情。在网友给新华网留言中有一个问题很有意思,想代表网友向您提问:在此次“嫦娥三号”任务完成后,月球车和着陆器会永远留在月球上,网友们很关心这两个“宝贝”的下落,它们能坚持工作多久,将来会毁坏或者“牺牲”了吗?上面一些属于我们国家的机密会不会被窃取了?

  吴伟仁:目前设计的目标是,着陆器在月球工作一年,月球车在月球工作三个月,是按照这个目标来设计的,这是它的设计寿命。当然,我们希望它能够实现这个寿命,也希望超过这个寿命,就像“嫦娥二号”一样。“嫦娥二号”设计的工作时间是半年,到现在还在工作,现在已经三年多了,而且飞到了6200万公里去了,如果不出意外, 17年之后还可以返回到地球附近,因为它现在是绕着太阳运行的人造小行星。也就是说空间飞行器的设计寿命是一个方面,但是另一方面,设计得好会超过这个寿命。现在设计的是三个月的月球车寿命和一年的着陆器寿命,如果好也可能超过这个。当然也和月球的环境有关系,因为月球的环境,白天和晚上主要是温度问题,绝对温度是300度,在月球正面是120度,在月球背面又是零下180度。要适应这个环境变化,恐怕还是有相当的难度,但我们尽量让它工作时间长一点。它工作过后,就不打算拿回来了,也不可能把它拿回来了,设计时也没这么考虑。寿命时间过后,就看它的生存能力了,最后肯定是工作一段时间以后,能源耗尽或者其他方面的原因,比如某个部件损害都有可能不能支持它工作,那它就贡献生命了。

  至于高技术、机密的东西主要是技术上的东西,技术上的东西留在月球上也没关系,也没人能够到上面去探测它或者窃取它,我们没这种担心,也没这种必要。而且短期内这种情况也不会有,以后时间长了,说不定某个国家发射探测器上去了,那有可能,那要在同样地点或者在附近,远了肯定去不了,所以不必担心泄密的问题。而且技术总是在发展的,若干年过后,技术不知道又发展到什么程度了,又会上到新的台阶。

  登月后将传国旗照片回地球

  新华网记者:还有网友提问说,这次任务会把五星红旗插到月球表面吗?怎么向全世界宣示我们登上月球了呢?

  吴伟仁:我们这次在月球车和着陆器上都有五星红旗,但不一定是插在月球上面了。探测器降落下去以后,月球车走下来,月球车和着陆器分别都有相机,会互相拍。最后是希望能够把五星红旗拍到后传回来。

  新华网记者:是照片是吗?

  吴伟仁:对。

  探月工程下一步是实现无人采样返回

  新华网记者:您作为探月工程的领军人物,能否谈谈我们国家在“嫦娥三号”任务完成以后,在深空探测领域的计划和设想是什么。

  吴伟仁:第一,我不是领军人物。这个工程是一个很多人参与,上万人参与的工程,几百个单位,所以大家都非常关心,国家也非常关心,特别是一些老的科学家,一些老的科技界工程技术人员,从事基础研究的人员,天文研究的人员,大家都关心这个工程,大家积极参与了这个工程,大家都作出了很大贡献。

  至于下一步,这次目标实现以后,按照原来“绕”、“落”、“回”三步走,下一步应该是从月球采样返回。月球采样返回相关工作正在进行中,而且进展也比较顺利,会在2020年以前实现月球无人采样返回,目前定的是要采样2公斤月壤,最后带回地球,应该有这种信心,也有这个决心,能把这项工程做得比较圆满。

  新华网记者:您能介绍一下这支队伍的人员结构、平均年龄等情况吗?

  吴伟仁:应该是老中青结合,像我就是老的。还有一些青年刚刚参与工作,所以70后、80后、90后,这是主要力量。像60后、50后比较少一些了。总体上讲这支队伍是比较年轻的。平均年龄现在没有统计,在“嫦娥二号”做过统计。比如卫星系统,大概平均年龄30多岁,那个时候还算很年轻了,现在还有源源不断的新人补充。试验队人员都比较年轻,这是中国航天的优势。所以中国航天能够发展的好,新鲜力量不断补充,年轻人挑大梁、压担子、出成果,应该说他们作出了很大贡献。在作出贡献的同时也出了很多成果,出成果就是出人才了。我们到很多国家去访问,其中有些国家搞航天的都是老同志在干,都是50岁、60岁、70岁的人在干,年轻人很少,所以他们特别羡慕我们国家。

  新华网记者:是因为我们的传帮带做得很好?

  吴伟仁:传帮带是一方面,关键是国家经济的发展,对航天的投入以及国家政策,这几个方面综合起来,能够吸引一些人,留住一些人,事业留人。

  这次征名主要是月球车征名,其实不光是月球车,实际上着陆器里面也是非常复杂的,而且着陆器不论是工程上、经费上,还有人员投入上,都是很重要的。但是这次没有为着陆器征名,而是为月球车征名,所以很多人把焦点都放到月球车上了。应该说这次着陆器、月球车不是哪一个单位能干出来的,是航天系统、科学院系统以及其他一些行业,比如说电子、兵器,他们都作出很大贡献,包括一些大学在基础研究、在前期的理论研究中都作出了很大贡献,最后是一个大协作的产物。所以既有竞争,更重要的还是有合作,合作的成分多于竞争。由于有竞争大家有劲头,使设计等各方面更完美、更精细、更准确,但是合作最后出成果,所以合作很重要,最后的成功是大家的合作,不是哪家能独立完成的。

  新华网记者:月球车花了多长时间制造?

  吴伟仁:整个“嫦娥三号”工程大概是5年多。

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