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“玉兔号”将发现月球新秘密

2013年12月15日 20:56

央视网(记者江易易 报道)15日清晨4时35分,“玉兔号”月球车顺利从“嫦娥三号”探测器怀中“滑脱”,走上月面,开始了崭新的“人生历程”。那么,我国首个月球车“玉兔号”,未来3个月将如何在月球上工作、“生活”?

“玉兔号”月球车样机

14天工作,14天“睡觉”

月球车,也称月面巡视探测器,是一种能够在月球表面自动移动,完成探测、采样、运载等任务的高度集成的航天器,是在月球上完成零距离科学探测任务的重要平台。

“玉兔号”月球车重约140千克,呈长方形盒状,太阳翼收拢状态下长1.5米,宽1米,高1.1米,有6个轮子,周身金光闪闪。为了方便在月球上开展科学探测任务,“玉兔号”上配置有全景相机、测月雷达、粒子激发X射线谱仪、红外光谱仪等众多宝贝。

中国探月工程总设计师吴伟仁说,“玉兔号”实现了全部“中国制造”,国产率达到100%。

据介绍,“玉兔号”身怀三大主要探月任务:月表形貌与地质构造调查、月表物质成分和资源勘察、月壤物理特性探测。其工作模式主要分为:行走、探测和通信。

月球绕地球转一圈需要28天多,月球自转也是28天。这意味着,月球上的一昼夜相当于地球上的28天,月球上的一个夜晚相当于地球上的14天。在长达近半个月的时间里,月球车无法指望太阳能供电。那么,它究竟要怎样开源节流,熬过漫长黑夜?

科研人员为“玉兔号”设计了休眠模式——14天工作,14天“睡觉”。当月夜到来时,月面的光照和温度环境不能满足月球车的工作需求时,“玉兔号”会休息,进入休眠模式,只保证和地面必需的遥测联系,大部分科学探测仪器关闭,电源和热控系统负责提供仪器的储存温度条件。待下一个月球白天到来、光照和温度条件达到要求时,月面巡视探测器自主唤醒,进入新一轮工作。

白天时,“玉兔号”月球车的太阳能电池帆板还要调整角度,避免被阳光照射得太热。最热的月午,月球车还要进行“午休”。“玉兔号”月球车设计寿命为3个月,这意味着她要经历3个月球白天和3个月球黑夜。所有的工作,要在月球时间的“上午”和“下午”完成。

如何在月面“奔跑”?

“玉兔号”月球车配备了大眼睛全景相机、高精度的视觉定位、逼真的月面地图以及位于北京飞行控制中心的月球车驾驶台。这些将陪伴“玉兔”稳稳前行。

全景相机的主任设计师杨建峰称,此次使用了彩色相机,在同样分辨率的情况下,彩色成像是黑白成像数据量的四倍;其次,相机可以旋转360度;第三,全景相机之所以不惧怕高温,是因为科研人员在相机上贴了一种特殊的膜,相当于给相机戴了“安全帽”,以便其发挥良好的散热功效。

“视觉定位”是直接决定月面环境信息能否第一时间传到地面的关键技术。目前世界上只有美国、俄罗斯等少数国家才具备这种技术。“玉兔号”的“眼睛”是由7人组成的“视觉导航研究创新团队”为其设计的,确保其在月球上畅通无阻。

此外,月球车对月面地形条件的要求非常苛刻,如果不能为它准备一份准确的“地图”,可能带来不可估量的损失。北京飞控中心博士李立春据此提出了十几种图像感知处理方案,最终研制出“嫦娥三号”探测器图像接收分析处理系列软件。

最后是月球车驾驶台。驾驶台的控制系统是采用摇杆和键盘控制装置,还是仿照汽车驾驶舱采用方向盘和操纵杆控制?设计师刘博扬最终把目光投向了软件仿真领域。在驾驶台键盘控制盒验收时,刘博扬曾打开盒盖,拿出尺子量每一个按键的大小是否符合设计要求,灵敏性是否合格。“整个驾驶台的精确性、灵活性、可操作性可要比奔驰、宝马驾驶舱高得多!”刘博扬称。

与“嫦娥”通过wifi联系

“玉兔号”登月后,又将如何在月球上大展身手?

探测器系统总设计师孙泽洲表示,“玉兔号”的最大速度是每小时200米,和想象中月球车要在月面上“纵横驰骋”完全不同,更强调的是越障能力和通过性。

因为着陆器巨大身影的遮挡,玉兔刚刚踏上月球的那几步其实处在地月通信的盲点,它要独自面对爬坡、越障等种种困难,速度慢也可以理解。孙泽洲称,同时,“嫦娥三号”的科学任务也要求它边走边探。

“走一走,它还要停下来探测。此后,月球车将会调转方向,走向一个面向着陆器的位置,并和着陆器一起分别利用各自携带的相机,为对方拍照留念,照片会很快传回地面。”

孙泽洲称,“嫦娥三号”任务成功的标志之一,就是拿到从月球上传下来的“两器互拍”图片。

此外,“玉兔”如何与“嫦娥”联系?科研人员建立了着陆器和巡视器之间的UHF频段通信链路,这将是我国首次在地外天体表面开展器间通信。孙泽洲解释道,“通俗讲,两器之间有无线的链路,通过无线电进行数据传输。这个UHF频段通信是单向的,巡视器把数据传给着陆器”。

“UHF频段通信类似陆地上的‘WIFI’。”中国航天科技集团公司五院西安分院党委书记李军说。

“月球表面的大量月尘对信号传输会有干扰。UHF频段发射出的信号极强,能够穿透浮尘直达月面。UHF接收机主要功能是接收并解调巡视器向着陆器发送的遥测数据及科学探测数据。它是我国第一台月面无线通信接收设备。”UHF接收机设计师李雄飞并称。

在“历史博物馆”里有重要位置

“人类未来在月球上建造的探月历史博物馆里,中国第一个降落在地外天体的人造航天器,一定会有一个重要位置。甚至,‘嫦娥三号’和月球车‘玉兔’有可能会被原地保留,罩上玻璃罩,供未来的月球游客们参观。”中国科技馆研究员、航天史博士赵洋说。

即将开展的月基天文望远镜的观测也是世界首次。“嫦娥三号”还将用极紫外照相机观测地球电离层,检测地球环境变化。“这不仅是观察地球的另外一个视角,也是前人没有做过的一项科学研究。”

“玉兔”携带的测月雷达将通过超声波探测所经之途的地质构造,同样是人类首次。赵洋期待“这能发现月球的新秘密”。赵洋认为,月球之所以对全人类都充满吸引力,是因为在各个民族的文化中,月球都扮演了重要角色。

“今天,科技让中国人用新的眼光看待月球。我期待着一个中国人从月球上遥望地球的那一天,我相信,一切将会从那一刻的凝视开始,变得完全不同。”

(本文参考新华网、《南方日报》、《北京日报》、中新网等报道)

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