嫦娥奔月揭秘：天寒时“三姑娘”得“生炉子”

嫦娥三号月球车示意图。

  嫦娥三号探测器，是我国第一个“有腿”的航天器，也是中国人首次用来尝试地外天体软着陆的航天器。“三姑娘”长什么样，与此前的嫦娥一号、二号相比有什么特点，是如何设计出来的？记者采访了中国航天科技集团有关专家。

  【嫦娥奔月】揭秘

  与嫦娥一号、二号不同，嫦娥三号在名称上不叫卫星而叫器，是我国第一个“有腿”的航天器。

  不同于地球，月球表面昼夜温差较大，温度高时有120摄氏度，温度低时在零下180摄氏度。而且，月球的昼夜交替周期也较长，这给“三姑娘”的月面生存带来了很大的难度。

  1 嫦娥三号的结构和造型？

  “三姑娘”有四条腿六个轮

  据介绍，“三姑娘”有四条腿六个轮子，是着陆器和巡视器（俗称“月球车”）的组合体。与嫦娥一号、二号不同，嫦娥三号在名称上不叫卫星而叫器，是我国第一个“有腿”的航天器。

  航天科技集团主任设计师杨建中介绍，这样的组合构型，是由其任务特点决定的。嫦娥三号主要有两个任务，一是实现月面软着陆，二是实施月面巡视勘察。这需要它既能落到月面上，还能自主动起来。将任务分解给两个探测器，有助于加快研制进度。

  落月之前，巡视器作为一个载荷被安装在着陆器上，本身并不工作。整个前期飞行、动力下降以及实施软着陆过程，都是由着陆器完成的。到月面后，二者互相配合，将巡视器释放到月面上，成为两个独立的探测器，各自在月面开展探测任务。

  着陆器包含11个分系统，其中最有特色的当属着陆缓冲分系统，又集中体现在四条“中国腿”的外形上。

  巡视器包含8个分系统，其中最有特色的当属移动分系统。从外形上看，就是巡视器的6个轮子。

  由于探测器的重量限制，嫦娥三号必须“瘦身”，进行集成化、小型化设计，还必须保证系统的可靠性。只有这样，才能保证它是一个健壮的探测器。

  着陆方式选择（着陆器）

  方式：a.气囊弹跳式b.腿式着陆c.空中吊车式

  选择：b.腿式着陆

  理由：气囊式不能满足重量要求，吊车式又比较复杂，腿式能满足任务需要，保证着陆的稳定性。

  移动方案选择（巡视器）

  方案：a.履带式 b.腿式 c.轮式选择：c.轮式

  理由：履带式巡视器就像电影里的机器人瓦力，它最大的优点是压强小、通过性强，但它的弱点是遇到石块等容易被卡住不能动弹。腿式巡视器在平缓的地面行走尚可，但控制起来比较复杂，弄不好一下子就坐到地上。轮式则能避免上述方式的缺点。

  2，软着陆的路径设计是怎样的？

  近月点15公里时抛物线下降

  此前，嫦娥一号和二号对到达月球的路径已经做了先期的成功探索。由于任务需要，嫦娥三号的路径设计还要在此前基础上更进一层，且难度和风险大大增加。它要在近月点15公里处进行动力下降，接着实现月面软着陆，然后再进行月面巡视勘察。

  这15公里的动力下降，是以抛物线下降。探测器的相对速度要从1.7公里/秒逐渐减为0，过程主要靠探测器自主来完成，人工干预的可能性几乎为零。距月面100米处时，探测器还要悬停，对月面进行拍照，避开障碍物，寻找着陆点。

  等到探测器在月面实现软着陆后，着陆器和巡视器还要进行分离，实现互相拍摄。着陆器基本固定在一个位置，巡视器则需要从着陆器上“走”下来，进行月面巡视勘察。在月面路径中，还涉及到“地面遥操作”和“巡视器自主控制”相结合的技术手段。

  除了地面遥操作外，巡视器也可以利用计算机，对图像进行处理、识别障碍，规划出相对较近的局部路径，控制自身的移动。

  着陆两大风险

  对于地面工程人员来说，着陆过程尚属首次，存在两大风险。

  a.关键设备都是新研制的，包括GNC系统（制导、导航与控制系统）和我国首台全新的7500牛变推力空间发动机。

  b.软着陆区域的地形地貌存在一定程度的不确定性。

  3 “三姑娘”有哪些本事？

  自带“被子”“空调”奔月

  不同于地球，月球表面昼夜温差较大，温度高时有120摄氏度，温度低时在零下180摄氏度。而且，月球的昼夜交替周期也较长，这给“三姑娘”的月面生存带来了很大的难度。

  中国航天科技集团着陆器热控分系统主任设计师刘自军用“盖被子”“生炉子”和“开空调”等熟知的概念解释热控设计。嫦娥三号上有一个多层隔热组件，也就是所谓的“被子”，可以双向隔热，外部高温时热量不能往里传，外部寒冷时里面热量不能往外漏。

  寒冷时“三姑娘”还得“生炉子”。“炉子”主要是同位素核源，它能够持续放热。设计师们还设计了重力驱动的两项流体回路，在需要的时候将热量导入舱内，不需要的时候切断传热途径。

  到了月昼时，虹湾温度迅速升高至90摄氏度，在月球表面，散热的方式只有热辐射。设计师们在探测器上精心设计了几个散热面，可以把设备发出的热量散出去。

  有了这些手段和方法，“三姑娘”便能很好地保护自我，在月面上生存下来，从而用携带的科学载荷进行工作。

  携带的功能器械

  a.着陆器主要携带了极紫外相机、月基望远镜、地形地貌相机，还有一些对月面、月尘进行测量的工程载荷。

  b.巡视器主要携带了测月雷达、全景相机、红外光谱仪和粒子激发X射线谱仪，开展相应的科学探测任务。