嫦娥四号月背着陆堪称“盲降” 着陆轨迹近乎垂

2019-11-03 04:50 来源:未知

研制历程使用情况型号演变

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据介绍,嫦娥四号首选着陆区为月球南极-艾特肯盆地。与嫦娥三号平坦的虹湾着陆区相比,艾特肯盆地的地形崎岖得多。相关数据显示,虹湾着陆区的地形起伏仅800米,而艾特肯盆地的地形起伏达到6000米,而且充满大大小小的撞击坑。这就对探测器着陆区的选择和着陆精度提出更高要求。

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“月球车-1号”和“月球车-2号”的操作手

据介绍,这个中转过程会产生60秒左右的时间差,而整个落月过程仅有600秒左右,落月速度又十分快,如果通过地面人工干预的方式让嫦娥四号安全落月,那么等地面指令发送过去,它的状态已经跟指令发出时完全不同了。因此嫦娥四号只能通过提前输入的落月信息,在测距测速等设备的帮助下自主导航落月。对地面人员来说,这个过程近乎“盲降”。为防止在最紧张、不可逆的月球背面着陆过程中“鹊桥”出现问题影响数据上传,这次特意设计了延时数据注入功能,就是提前把要注入着陆器计算机的数据发送到着陆器上的某个地方暂存,这个数据包带有时间标签,待到着陆器上的时间和该标签相同时,数据便自动注入。

结构尺寸

  • 高1.35米,长1.7米,宽1.6米

月球车2号苏/俄图片 3

月球车2号(俄语:Луноход-2)是苏联研制的无人月球车,高1.35米,长1.7米,宽1.6米。主要任务同月球车1号相同,也是收集月球表面照片,全车拥有3个摄像头。除摄像头外,月球车2号还拥有激光测距、X射线探测仪、磁场探测仪等装置。它以八个相互独立的电动车轮驱动,车体能源来自于太阳能电池,车上携带的钋210放射性元素用来在夜晚为车体供热,保证仪器不因低温而损坏。月球车2号总共工作了4个月,拍摄了86张全景照片和80000张照片。

“月球车-1号”拍摄的月面照片及其车辙痕迹

《环球时报》记者从国家航天局获悉,嫦娥四号任务月球车全球征名活动于3日揭晓,月球车命名为“玉兔二号”。3日10时26分嫦娥四号成功着陆月球背面,随即着陆器与巡视器分离,开始就位探测和巡视探测。

使用情况

月球车2号在月球表面降落后,开始一直在原地停留,进行充电,3天后才在月面上行驶。如果白天不能停下来给太阳能电池板充电,晚上则用钋燃料给车体加温,直到太阳升起才又启动行走。

它在月面共停留4个月,对37千米的月面进行了考察,发回86张全景照片、8万多张电视图片。这是人类文明史上第一次将人造物体降落在月球上。它在撞到月面之前,向地球发回了有关月球磁场和辐射带的重要数据。

1959年9月14日,月球2号击中月球。月球2号的探测结果表明,月球没有磁场,且月球周围没有像范艾伦带一样的辐射带。在月球2号上携带了两枚刻有前苏联国徽的装饰物。1959年9月15日,苏联领导人赫鲁晓夫把一枚这种装饰物的复制品送给了美国总统艾森豪威尔。

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难在哪里?

  • 名称:月球车2号
  • 发射日期:1959年9月12日

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3日10时15分,科技人员在北京航天飞行控制中心发出指令,嫦娥四号探测器从距离月面15公里处开始实施动力下降,7500N变推力发动机开机,逐步将探测器的速度从相对月球1.7公里每秒降到零。在6-8公里处,探测器进行快速姿态调整,不断接近月球;在距月面100米处开始悬停,对障碍物和坡度进行识别,并自主避障;选定相对平坦的区域后,开始缓速垂直下降。约690秒后,嫦娥四号探测器自主着陆在月球背面南极-艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑内。落月过程中,降落相机拍摄了多张着陆区域影像图。

研制历程

月球2号在设计上与月球1号十分相似,装载了基本相同的科学仪器,还带上了前苏联国旗。

月球车于1973年1月8日搭乘月球21号探测器登上月球,它比月球车1号更为先进,主要任务是收集月表的图片,监测月球着陆点周边光强环境以考察从月球上尽享天文观测的可行性,还进行了激光测距,太阳X太阳射线观测、月球磁场测量,月表物质分析等试验。

地面遥操作组根据“月球车-1/2号”前端安装的一对电视镜头获取的图像完成月面障碍辨别、距离确定和道路可通行性分析等工作,控制月球车在月面移动,每天约进行30次控制。“月球车-1号”的图像传输速率为20秒一帧,操作效率极低,到了“月球车-2号”时,提高到3.2秒一帧,大大提高了地面控制月球车在月面的移动效率。

到月球背面还有一个非常重要的原因,即开展低频射电天文观测,这一目标应该说天文学家梦寐以求,可以填补射电天文领域在低频观测段的空白。由于屏蔽作用,在地面上无法开展低频射电的观测。而地球磁环境的影响,使月球正面开展低频射电观测效果也不够好。恰恰由于月球背面的磁环境非常干净,没有来自地球的无线电波干扰,是进行射电天文观测的最佳场所,如果能利用这一自然地形架设天文望远镜,就好像把“天文台”搬到了月球背面。

型号演变

月球2号的成功撞击对于美国人来说无疑是一种刺激。但他们还没来得及从这种刺激中恢复过来时,三个星期后,月球3号又从发射场起飞,它重约434千克,不但成为人类近距离拍摄月球照片的首枚探测器,而且向人类送后了首张月球背面图片,使人类首次看到了月球的背面。

2013年12月2日,我国成功发射嫦娥三号探测器,“玉兔一号”在月面开展巡视探测,圆满完成探月工程三步走中“落”的目标。

定了!嫦娥四号月球车叫“玉兔二号”

“月球车-2号”拍摄到的“月球-21号”着陆器

嫦娥四号这次任务的另一大难点是着陆区在月球背面,使探测器无法同地球直接通信,必须通过中继星“鹊桥”进行中继。尤其是在下降过程中,着陆器也不能对地直接通信,只能通过中继星进行操作。所有信息传输都需要在“鹊桥”的中转下完成,无疑极大增加了落月任务的风险。

地面通过8个8m口径天线组成的天线阵系统向月球车发送遥控指令,通过8个15.8m口径天线组成的天线阵系统接收月球车各类数据。

为何要去月球背面

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博物馆内的“月球车-3号”

既然降落在月球背面的难度如此之大,那为什么嫦娥四号还要去呢?由于月球自转周期和公转周期相等,加上被地球潮汐锁定,地球强大的引力让月球总是一面朝向地球,所以我们在地球上只能看见月球的正面,而背面永远看不见。各种月球探测器拍摄的月球照片显示,月球背面这张“面孔”并不漂亮,是一张“麻子脸”,陨石坑数量比月球正面要多得多,放眼望去随处可见,密密麻麻。月背的“皱纹”也多,布满沟壑、峡谷和悬崖,而月球正面相对平坦的地方比较多。此外,月球背面还是个“厚脸皮”,它的月壳从整体来讲比正面要厚。究竟是什么原因导致月壳厚度不一样,众说纷纭,是天文学界的一个未解之谜。

月球车的控制中心主要包括指令发送站、遥测接收站、电视设备、信息计算系统和时统设备等,就位于测控站内。

人类第一次!1月3日,中国研制的嫦娥四号探测器成功降落在月球背面,实现了人类历史上与月球背面的第一次“亲密接触”。据《环球时报》记者了解,之所以月球背面如此人迹罕至,就在于这里的特殊环境让探测器登陆难度极大增加。相比于六年前嫦娥三号的那次月球正面着陆,嫦娥四号这次堪称“盲降”。

“月球车-1号”拍摄到的“月球-17号”着陆器

据介绍,嫦娥四号由着陆器和巡视器组成,共配置包括两台国际合作载荷在内的8台有效载荷,其中着陆器上安装了地形地貌相机、降落相机、低频射电频谱仪、与德国合作的月表中子及辐射剂量探测仪等4台载荷;巡视器上安装了全景相机、测月雷达、红外成像光谱仪和与瑞典合作的中性原子探测仪。嫦娥四号搭载的这些先进科学仪器将在月球背面通过就位和巡视探测,开展一系列研究。▲

车上安装3台摄像机和4台全景像机,向地球实时传送图像信息。

嫦娥四号在月球背面降落,还有更多科学目的。据介绍,月球分为三大地体,即克里普岩地体、斜长高地岩地体、艾特肯盆地地体。前两个地体,美国、前苏联都着陆巡视探测过,只有艾特肯盆地地体没有近距离就位探测过,因此这块区域目前就近距离巡视探测而言,属于处女地,在科学上会有很多新发现。

乌克兰耶夫帕托里亚站8×8m发射天线阵系统

中科院月球与深空探测总体部主任邹永廖介绍说,从上世纪50年代,发射到月球的探测器,有100多次。但从着陆就位探测来说,月球背面一次都没有。因此嫦娥四号的这次降落,将开创人类历史的第一次。

“月球车-2号”在“月球车-1号”的基础上,对底盘结构和科学仪器做了改进,大大提高了车体性能。

嫦娥四号着陆器与巡视器顺利分离后,“玉兔二号”驶抵月球表面。着陆器上监视相机拍摄的“玉兔二号”在月背留下第一道痕迹的影像图,通过中继卫星顺利传回地面。

来源:我们的太空

嫦娥四号探测器系统总设计师孙泽洲介绍说,嫦娥三号的着陆轨迹是一条抛物线,而为适应这次着陆区域的崎岖地形,嫦娥四号采取了近乎垂直的着陆轨迹,以准确测量自身所处的高度。

“月球车-2号”模型照片

“玉兔二号”在月球背面开展巡视探测

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耶夫帕托里亚站8×15.8m接收天线阵系统

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它在月面共停留4个月,行进了37km,发回86张全景照片、8万多张电视图片。

“月球车-1号”和“月球车-2号”的地面遥操作控制设备

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由于月面崎岖不平,无线电传输迟滞,导致它的实际使用速度远小于设计速度,大约只有0.14km/h。

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操作人员正讨论月球车的路径规划

“月球车-1号”没有转向轮,但它可以通过像坦克履带那样改变两侧车轮的速度差来实现转向。“月球车-1号”有2档运动速度,1km/h,和2km/h,可爬上30°的斜坡,越过40cm高的障碍物、跨越60cm宽的沟壑。

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“月球-21号”探测器落月位置及“月球车-2号”的移动轨迹示意

“月球车-1号”及“月球车-2号”任务的月面探测位置

除了我国的“玉兔号”无人月球车,前苏联在1970年11月和1973年1月,先后利用“月球-17号”“月球-21号”探测器,成功把“月球车-1号”“月球车-2号”送上月球。

“月球车-1号”模型

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“玉兔一号”在月面开展巡视探测

广袤无垠的大地上,我们的玉兔还在昼夜不停地工作。月球上的无人驾驶究竟是如何做到的?完全不需要人为操控吗?

“月球车-3号”原计划于1977年发射,但由于运载火箭和资金等原因终止。如今被放置在莫斯科的拉沃奇金科研生产联合体的博物馆内。

整车设计寿命3个月,实际工作了301天,直到1971年10月4日,钋-210燃料电池耗尽才停止行驶,行程10.54km,考察月面8万平方米,是世界上首次无人月面软着陆与巡视探测任务。

“月球车-2号”在1973年5月9日意外驶入被阴影遮挡的直径5m的撞击坑,在月球车自动倒车退出撞击坑时,车体刮到了坑壁,导致激起的月尘覆盖太阳帆板,在进入月夜休眠收拢太阳帆板时,月尘溅落在辐射源上,致使月球车再次月昼唤醒时出现供电和热控问题死亡。

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近年来,无人驾驶汽车渐渐普及。而在遥远的月球上,那些“无人驾驶汽车”又是什么样的呢?今天,就让我们跟着小太一起,盘点遥远月球上的那些无人驾驶月球车吧。

“月球车-l号”重756kg,长2.2m、宽1.6m、高1.92m,安装8个直径为51cm的独立悬挂车轮,只要有两个车轮工作就能够实现移动。

2018年12月8日,我国成功发射嫦娥四号探测器,通过地月L2点中继卫星,“玉兔二号”实现了人类首次在月球背面的巡视探测。

“月球-17号”和“月球车-1号”探测器

前苏联对“月球车-1/2号”的驾驶由包括指挥员、领航员、驾驶员、参数分析工程师和定向天线操作员在内的五人组成的地面遥操作组共同完成。

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