直到38系統家具萬公裡外的嫦娥三號著陸器和玉兔車都“睡”了,地球上的一些中國人仍有一個疑問:我們是不是在重覆別人走過的路?
  2013年12月15日4時,航天史被玉兔號月球車改寫—房屋二胎—她用160秒走出了相當於一個半車體長的路程,人類自1972年阿波羅17號登月後,再無月球車在月面留下足印的記錄就此終結。
  從2004年探月工程立項至今,探月工程二期探測器系統副總設計師賈陽親歷了10年曆程,從最開始對月面房屋二胎的認識“只能來源於美蘇”,到 “選擇美蘇沒去過的區域著陸、巡視,增加人類對月球的認識”。
  嫦娥和玉兔都支票借款不是對蘇聯、美國探月任務的簡單重覆。
  一個直觀的細節是,玉兔車上採用的雙目立體視覺技術、自主導航避障技術等,41年前還根本不存在。嫦娥三號巡視器產品保證工程師王芳說,“無論是系統設計水票貼平,還是平臺速度能力,玉兔與2003年發射的美國火星探測器好奇號和機遇號更有可比性,大量新技術的採用,降低了任務執行的風險,提高了可靠性。”
  相比玉兔號的遙操作,第一輛月球車的“電視攝像操作”“弱爆了”
  當玉兔車終於安睡,嫦娥三號巡視器主管設計師彭鬆鬆了一口氣,他慶幸玉兔車在尋找休眠點的路上躲過了重重風險。
  彭松負責機構規劃,如果遙操作不慎,就會影響到全向天線接收地面指令,一旦斷了與地球的通信鏈路,斷了這根隔著38萬公里牽著玉兔號飛的“風箏線”,後果不堪設想。
  43年前,當人類第一輛月球車蘇聯“月球車1號”從“月球17號”探測器轉移到月面時,也有一條窄束天線背在它的身上。相比之下,這條天線對全無自主導航能力的“月球車1號”來說,顯得更為致命。
  探月工程總設計師吳偉仁告訴中國青年報記者,蘇聯當時對月球車採取的“電視攝像操作”方式今天看來是十分原始的:蘇聯專門組織了一個飛行員梯隊,5個人一組,輪班倒,每個人每天“開”8小時,而這些飛行員判斷行駛的依據,就是月球車通過天線傳下來的現場攝像。
  對於這種手動駕駛方式,嫦娥三號巡視器遙操作副主任設計師吳克告訴記者,駕駛員對環境的認知難以精確判斷,如果前路有坑,什麼時候避開坑,只能靠駕駛員估算,精度自然低。
  相比之下,玉兔號的“遙操作”比蘇聯的方法更為精密周全,吳克告訴記者,其任務規劃分三個層次進行。
  首先是戰略層次的任務規劃:依據全景相機拍攝30米內圖像,任務支持中心跟地面應用系統的科學家協商,科學家提出他們想去圖中哪些點,巡視器團隊從工程角度上判斷哪些點不能去,然後把科學家感興趣的探測目標串起來,形成軌跡。
  其次是戰役層次的周期規劃:對這些點進行相對定位,將30米的軌跡分割成約7米一段。
  最後是戰術層次的導航規劃:利用導航相機將要走的約7米路段進行拍攝,規划出行駛路線。剩下的,就交給數字仿真系統去驗證。
  當然,無論是月球車一號還是玉兔號,都有一段無法迴避的斷線期。一旦月球車進入休眠,其與地面的聯繫也隨之中斷。
  蘇醒與否,部分取決於月塵這顆定時炸彈。
  嫦娥三號巡視器綜合測試指揮權爽告訴記者,帶靜電的月塵,一旦被玉兔車吸附,很難清除,由此可能引發很多故障,如機械結構卡死、密封機構失效、光學系統靈敏度下降等。
  蘇聯的月球車2號就吃過這方面的虧。1973年1月,開到一個撞擊坑後,疏鬆的月壤使月球車2號輪子空轉,騰起的浮土覆蓋了其太陽能電池板和散熱器,導致月球車2號供電驟減、車內過熱,犧牲在月面。
  極端溫度是月球車不得不面對的挑戰。吳偉仁說,玉兔車向著太陽這邊的3個輪子,照射的溫度最高達100多攝氏度,另3個被遮住的輪子,已是零下10多攝氏度,一米多一點的間距,溫差卻極大,而這早已在玉兔車設計時考慮到了,縱使“冰火二重天”,玉兔也能安然無恙。
  “嫦娥”、 “玉兔”集成了代表當今世界科技水平的新技術
  嫦娥三號任務宣佈成功次日,吳偉仁告訴中國青年報記者:“嫦娥三號,我們是按照最好的結果去努力,也做了最壞的準備,整個過程光故障預案就做了200多個,但到現在一個都沒有用上。”
  這和整個科技發展不無關係。值得一提的是,中國空間技術研究院任務支持中心在嫦娥三號任務中首次採用的數字仿真系統,可以實現預測,而這是美蘇探月行動中所不具備的。
  吳克告訴記者,這是中國航天史首次實現伴飛功能,其能把月面的遙測數據和系統數據結合起來,預示車在月面走有沒有風險。比如,遙測數據顯示,巡視器某設備溫度升高,地面仿真系統溫度也跟著升高,“仿真系統伴飛功能有預示能力,它預測到隨著溫度越來越高,設備有崩潰的風險,就能提前讓巡視器不乾後面的事。”
  “我們憑什麼有信心?”吳克說,就是因為所有規划出來的指令,都在仿真系統走了一遍,把正確的概率又提高了。假使沒有這個程序,只能通過人員判斷,那就存在人員誤判漏判的風險。
  此外,圍繞探月的技術發展還有,微小型化技術的發展、自主控制和智能技術的提高、新型傳感器技術的問世,等等。
  2013年12月14日,嫦娥三號在動力下降段成功避開了一個大坑,這個大坑位於著陸點東北方17米處,直徑20米、深達2~3米。在吳偉仁看來,這得歸功於激光測距技術等實現的自主避障功能。
  當年還停留在“微波”時代的美國、蘇聯自然沒有這個技術。
  阿波羅計劃利用航天員在著陸過程中進行地形識別,僅僅通過航天員簡單的鳥瞰,來發現和控制躲避月面障礙物,從危險區中識別出安全的著陸點。
  嫦娥三號著陸器系統副總設計師張熇稱之為“盲降”,她告訴中國青年報記者,“設計好了這條軌道就落下去,下麵有坑、有石塊可能會翻倒。”
  “蘇聯、美國的月球車畢竟使用的都是40年多前的技術,‘玉兔’集成了代表當今世界科技水平的新技術:用超大規模集成電路代替了當年的晶體管,採用無刷電機技術解決了有刷電機壽命有限的問題。車載的有效載荷,無論是探測的手段,還是探測的精度都已有了質的變化。”權爽說。
  沒有更多的國外參考,只好再造一個月球
  “月球的塵埃中,夾雜著類似木炭或火藥的氣味。當然,我們聞不到所取樣品有這樣的氣味,因為它們被密封在盒子里。但暴露於艙內的氧氣中時,我們可以嗅到航天服上粘著的塵埃那濃重的燒焦味。”阿波羅11號航天員巴茲·奧爾德林這麼形容自己在月球上聞到的味道。
  此前,中國航天人能拿到的月面數據大多只能來自於美國等國的公開資料,“真實情況,別人說不定會藏著掖著。”王芳說。所以當看到玉兔車在月面留下的第一道輪印時,以前一直以為月壤“特別鬆軟”的她發現,車轍沒想象中的深,這意味著月壤是比較硬的。
  沒有更多的國外參考,中國人只好再造一個月球。
  “航天器一旦打到天上,出了問題,總不能再派人去修吧?”嫦娥三號巡視器綜合測試指揮王少林說。這要求航天器具有高可靠性,而這依賴於充分的地面驗證。
  經過1.8萬公里的選址,巡視器團隊選定了敦煌西北、庫姆塔格沙漠與羅布泊交界處的阿克奇谷地,“這裡是中國最像月球的地方”。在這裡,玉兔車曾連跑十幾天,進行過公里級的“長途拉練”。
  沙漠里,一輛大卡車跟在徐徐前移的玉兔車後,一條電纜連著兩輛車,為太陽翼沒有帶電池片的玉兔車提供能源。
  伴著轟隆的發電機,嫦娥三號巡視器綜合測試指揮權爽、王少林和其他同事擠在卡車車廂內,膝蓋對著膝蓋,空間窄得連站都站不起來,這一擠就是十幾個小時。在這樣艱苦的條件下,他們實現了對巡視器的首次遙操作。
  進行整車月球低重力試驗是嫦娥三號的重大難題之一,巡視器團隊在國際上首次提出利用單吊索方式,模擬玉兔車月面輪壓的測試方法。在巡視器室內試驗場,負責視覺定位的遙操作主管設計師溫博向記者介紹懸掛著的一個吊索,它曾把占玉兔車質量5/6的部分弔離地面,讓玉兔車只用承受1/6重力。一旦承重多了,就會超出車輪的承受能力。
  2013年12月15日,看到玉兔車走出在月球上的第一步時,這個30歲的女航天人笑了。
  28歲的嫦娥三號巡視器總體主管設計師王昊宇,29歲的主管設計師薛博,還有30歲的王少林,30歲的吳克,32歲的權爽,32歲的王芳。賈陽說,整個團隊每個人都在乾“以前沒乾過的事”,正是這支新鮮的團隊,鍛造了中國的第一次落月。  (原標題:嫦娥玉兔探月:不走尋常路)
創作者介紹

裝潢工程

vs87vsksfn 發表在 痞客邦 PIXNET 留言(0) 人氣()