焦维新:北京大学地球与空间科学学院教授、中国空间科学学会空间探测专业委员会副主任,从事深空探测、行星科学、空间天气学研究,最新出版《月球文化与月球探测》一书。
【嫦娥奔月】看点
◎今天凌晨,“嫦娥三姑娘”奔赴太空,目的地只有一个,月球。时隔37年,月球将再度与来自地球的落月探测器“零距离”接触。嫦娥三号有哪些难点与亮点?将在月球上如何工作?京华时报专访北京大学地球与空间科学学院教授焦维新。
看点1 如何落月
仔细勘察降落点防止摔坏月球车
京华时报:这次任务您最关注哪一点?
焦维新:这次的关注焦点就是落,也是最核心的内容。要实现落月,首先就要被月球捕获,从地球飞过去,如果速度比较快,又离月球比较远的话,到月球附近的“势力范围”后,它只是让你拐个弯,又飞到其他地方去了,如果离月球太近又可能直接撞上去,所以速度要合适,而且靠近月球时要减速、刹车,被月球的引力场捕获,变成它的卫星。
落月是嫦娥三号的看点,能否安全、准确落到指定地点是工程一大技术难点。因为月球没有空气,不能用降落伞,只能用反冲火箭减速,发动机在多高的位置点火,多高的位置关机,都进行过仔细设计,实际过程中能否按设计的程序进行,就是对任务的考验。
京华时报:整个落月过程反冲发动机一直处于点火状态?
焦维新:不是的,接到落月指令后,嫦娥三号从近月点约15公里高处开始自由下落,反冲发动机不点火,当下落到一定高度,一般是2公里左右的时候,反冲发动机才点火,让下落速度慢下来,再降到一定高度,约100米左右的位置还要悬停,对着陆点的情况进行仔细勘察,看有没有大石块、陨石坑,坡度怎么样,如果比较安全就继续下落,如果不太安全,周围还有更安全的地方,就进行平行移动,到大概4米左右,反冲发动机就关机了,探测器自由下落,几个腿都是有弹性的,有着陆缓冲机构,落地时不至于摔坏。
反冲发动机如果一直点火的话,喷气会喷起月壤,粘到照相机表面上,另外一些烟尘还可能进到仪器里面,影响工作。
看点2 行走路径
月球车行走路径地面可实时控制
京华时报:月球车与着陆器分离难在哪里?
焦维新:我认为不属于难点,原来月球车在着陆器上是锁定的,着陆器落地后放出一个梯子来,让月球车沿着梯子走到月球表面,这些在地球上都反复演练过,只要可靠性比较高的话,就不会有问题。
京华时报:月球车在月面行走的路径是设定好的吗?
焦维新:走的轨道都是设计好的,在地面上对这个地方已经进行过成像,根据这个为月球车设定了路径,但月球车抵达月球后,通过传回地球的信息,可以随时为它注入新的程序,改变行走的方向、探测的目标等。
看点3 能做什么
虹湾区从未探及过月壤中或有新发现
京华时报:嫦娥三号携带了哪些仪器到月球工作?有什么亮点?
焦维新:带了很多东西,比如月基天文望远镜,落到月表后可看宇宙空间,进行空间的天文观测。还携带了雷达,边走边往地下发射电磁波,通过分析回波特征进行剖面测量,如月壤的厚度,看哪部分有石头,是不是有铁矿等,还能测量一定深度的结构,了解月球内部,这是一个创意,以前苏联的月球车没有安排过这样的设备。
京华时报:月壤成分、岩石组成等这些其他国家探测器也曾探测过,嫦娥三号有什么不同呢?
焦维新:月壤成分、岩石中含有的成分、月球表面结构等都是落月探测的基本参数,国外也做过,到了月球上都会测。但月球上的矿石不是到处都有,每个地区都有所不同,嫦娥三号抵达的虹湾区之前没有考察过,所以地区不同,完全有可能发现在月球其他地区未发现过的成分。
看点4 寿命多久
中国首个“核电源”寿命达一年可延长
京华时报:嫦娥三号是中国首个带核电源的探测器?
焦维新:这是我国探测器首次使用核电源,确切的名称叫做“放射性同位素热电电源”,利用放射性元素自然衰变过程中产生的能量,把热量转换成电能。
月球环境非常恶劣,不仅温差大,而且昼夜间隔长,在这么一个漫长黑夜里要保证仪器不被冻坏,就要靠核电源。在夜间,大部分仪器可能就不工作了,但有些重要的核心的东西还要供电,比如要和地面保持通信联络,要监控自身状态,否则就杳无音讯了。白天被唤醒后,太阳能帆板继续工作,就再按计划行走,探测。
京华时报:嫦娥三号能在月球工作多长时间?
焦维新:月球车的设计寿命约3个月,着陆器的寿命约一年,如果顺利的话也有可能延长。我们说的设计寿命是要保障的最低寿命,如果电源系统、仪器等都能正常工作,就可以一直用下去,直到用完为止。
看点5 精彩后续
嫦娥五号有去有回要等长征五号送行
京华时报:嫦娥四号与肩负返回任务的嫦娥五号与嫦娥三号任务有什么不同?
焦维新:如果嫦三进展顺利的话,嫦四可能在2015年左右发射。嫦娥四号任务与三号差不多,关键也是实现月球软着陆,但着陆点会另选。
嫦娥五号任务估计在2017年左右。其实探月每一步都为后一步打下基础。要有去有回,难度可就大了,需要大推力火箭,又要能深空对接,导航、定位等技术都得上一个新台阶。
嫦五月球车还要伸出手来,在周围取月球样品,密封保存好,放进上升容器里。登月舱下半部分就是一个小型火箭发射平台,携带上升级点火起飞,进入环月轨道,跟轨道器交会对接,然后轨道器发动机点火,一起离开月球,回到地球,带回样品。
和落月任务相比,因为增加了上升级,所以登月舱比单纯落月的要大得多,轨道器要携带取样容器返回,增加了对接装置和燃料,就要用重型运载火箭,在役的火箭都无法胜任,要等长征五号。
京华时报记者商西
