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发布时间:2019-01-14 16:02:52
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天马望远镜 中科院上海天文台供图
天马望远镜 中科院上海天文台供图

  “嫦娥”月背安新家

  嫦娥四号探测器自 1 月 3 日顺利着陆月球背面预选区域以来,完成了中继星链路连接、有效载荷开机、两器分离、巡视器月午休眠及唤醒、两器互拍等任务。工程任务圆满成功后,嫦娥四号任务将转入科学探测阶段,着陆器和巡视器将继续开展就位探测和月面巡视探测。

  2018 年 12 月 8 日,嫦娥四号探测器成功进入地月转移轨道,开启人类首次月球背面着陆探测之旅。为了嫦娥四号此次远行,中科院上海分院“五朵金花”——上海技物所、上海光机所、上海天文台、上海硅酸盐所和上海有机所精心装扮“嫦娥”。在探月路上,“五朵金花”助力“嫦娥”迎接各种严峻挑战,顺利完成探月之旅。

  量身定制的“外套”:隔热控温

  嫦娥四号升空后,面临极端的温度环境。受阳光直接照射的一面,温度可高达一百摄氏度以上;而背阴面,温度则可低至零下一两百摄氏度。

  为保证嫦娥四号的仪器设备在这样的空间环境下依然能正常工作,中科院上海有机所和上海硅酸盐所为其量身定制了两件不同材质的外套。

  中科院上海有机所为“嫦娥”穿上了能调控温度的“外套”——有机热控涂层。该所有机热控涂层专家、高级工程师邹永军表示,上海有机所是我国唯一系统研制有机热控涂层的单位,上世纪六十年代,我国第一颗人造卫星“东方红一号”也穿过此“外套”。

  中科院上海硅酸盐所的“外套”由十余种无机热控涂层、高温合金抗氧化涂层、高摩擦抗冷焊涂层、高温隔热屏及低温多层隔热组件等材料精制而成,用于不同仪器和部位。例如,嫦娥四号配备了多台姿控发动机,用于纠正“嫦娥”的身姿。发动机的核心部件特制的外衣——高温抗氧化涂层确保“嫦娥”每次都能保持精确而优美的姿态步入正确的轨道。

  特殊地月空间“尺子”:测定轨

  “嫦娥”从来没去过月球背面,怎么能确保她不迷路呢?中科院上海天文台亮出了一大法宝——甚长基线干涉测量(VLBI)技术。

  VLBI 是一项高精度测角技术,在深空探测快速、高精度定位与定轨方面,有不可或缺的重要作用。我国探月工程 VLBI 测轨分系统 VLBI 网由“上海天马 65 米”“北京密云 50 米”“云南昆明 40 米”“乌鲁木齐南山 26 米”4 台射电望远镜和上海 VLBI 指挥和数据处理中心组成,分辨率相当于口径为 3000 多千米的巨大望远镜。

  据上海天文台研究员洪晓瑜介绍,在嫦娥四号任务中,该台牵头负责 VLBI 网测轨分系统的测轨任务,为嫦娥四号探测器进行轨道测定和预报,进行精密“导航”,同时,还兼顾“鹊桥”中继星的测量测轨任务。在嫦娥四号落月后,VLBI 测轨网还将对“鹊桥”进行长期观测,以确保其一直在使命轨道上以正确的姿态完成嫦娥四号和地面之间的转发通讯。

  VLBI 测轨分系统就像“高精度定轨的刻度尺”或“高精度定位的游标卡尺”,让“嫦娥”知道飞行的位置,以及后续的飞行线路;着陆之前,能精确标记出每一次优雅的转身和前进的步伐,为嫦娥四号提供导航信息。

  一双“火眼金睛”、两副“眼镜”:导航探路

  嫦娥四号探月之旅就像 38 万公里的“马拉松”,为的就是最后 100 米冲刺。但是,这次要落在月球背面,着陆区域地形起伏变化较大,这些都给“嫦娥”出了难题。

  中科院上海技物所和上海光机所这支王牌“激光兄弟连”亮出了看家法宝——激光测距敏感器、激光三维成像敏感器,让“嫦娥”有了火眼金睛。

  在离月球 30 公里的时候,激光测距敏感器开始工作,着陆器能及时感知着陆器与月面的距离。到了百米冲刺的关键时刻——离月面 100 米的悬停点,着陆器优雅地戴上“3D 眼镜”——激光三维成像敏感器,瞬间对月面实施高精度三维成像,主动避开障碍物或凹坑,保障着陆器平稳着陆。到达月球后,巡视器与着陆器分离,巡视器换上上海技物所研制的“彩色”眼镜——红外成像光谱仪,在指定科学考察点开始工作,获取月表指定位置的精细光谱信息,为月面巡视区矿物组成分析提供科学探测数据。

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