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嫦娥工程

文章来源: 发布时间:2019-01-21 09:58:16 点击数:
工程概况 发射人造地球卫星、载人航天和深空探测是人类航天活动的三大领域。重返月球,开发月球资源,建立月球基地已成为世界航天活动的必然趋势和竞争热点。开展月球探测工作是我国迈出航天深空探测第一步的重大举措。实现月球探测将是我国航天深空探测零的突破。月球已成为未来航天大国争夺战略资源的焦点。月球具有可供人类开发和利用的各种独特资源,月球上特有的矿产和能源,是对地球资源的重要补充和储备,将对人类社会的可持续发展产生深远影响。中国探月是我国自主对月球的探索和观察,又叫做嫦娥工程。国务院正式批准绕月探测工程立项后,绕月探测工程领导小组将工程命名为“嫦娥工程”、将第一颗绕月卫星命名为“嫦娥一号”。“嫦娥一号”卫星由中国空间技术研究院承担研制,主要用于获取月球表面三维影像、分析月球表面有关物质元素的分布特点、探测月壤厚度、探测地月空间环境等。嫦娥四号是嫦娥三号的备份星。而根据中国探月工程“绕”、“落”、“回”三步走战略。 并计划在月球建立研究基地 工程目标 1、获取月球表面三维影像。划分月球表面的基本地貌构造单元,初步编制月球地质与构造纲要图,为后续优选软着陆提供参考依据。 2、分析月球表面有用元素含量和物质类型的分布特点。对月球表面有用元素进行探测,初步编制各元素的月面分布图。 3、探测月壤特性。探测并评估月球表面月壤层的厚度、月壤中氦-3的资源量。 4、探测地月空间环境。记录原始太阳风数据,研究太阳活动对地月空间环境的影响。 工程方案 中国航天科技工作者早在1994年就进行了探月活动必要性和可行性研究,1996年完成了探月卫星的技术方案研究,1998年完成了卫星关键技术研究,以后又开展了深化论证工作。经过10年的酝酿,最终确定中国整个探月工程分为“绕”、“落”、“回”3个阶段。 第一步为“绕”,即发射我国第一颗月球探测卫星,突破至地外天体的飞行技术,实现月球探测卫星绕月飞行,通过遥感探测,获取月球表面三维影像,探测月球表面有用元素含量和物质类型,探测月壤特性,并在月球探测卫星奔月飞行过程中探测地月空间环境。第一颗月球探测卫星“嫦娥一号”已于2007年10月24日发射。 第二步为“落”,时间定为2013年下半年。即发射月球软着陆器,突破地外天体的着陆技术,并携带月球巡视勘察器,进行月球软着陆和自动巡视勘测,探测着陆区的地形地貌、地质构造、岩石的化学与矿物成分和月表的环境,进行月岩的现场探测和采样分析,进行日-地-月空间环境监测与月基天文观测。具体方案是用安全降落在月面上的巡视车、自动机器人探测着陆区岩石与矿物成分,测定着陆点的热流和周围环境,进行高分辨率摄影和月岩的现场探测或采样分析,为以后建立月球基地的选址提供月面的化学与物理参数。 第三步为“回”,时间在在2014至2020年之间。即发射月球软着陆器,突破自地外天体返回地球的技术,进行月球样品自动取样并返回地球,在地球上对取样进行分析研究,深化对地月系统的起源和演化的认识。目标是月面巡视勘察与采样返回。 工程计划 绕月探测工程是我国月球探测的第一期工程,即研制和发射第一颗月球探测卫星。该星将环绕月球运行,并将获得的探测数据资料传回地面。该工程由探月卫星、运载火箭、发射场、测控和地面应用五大系统组成。现已确定探月卫星主要利用“东方红三号”卫星平台,运载火箭采用“长征三号甲”火箭,发射场选用西昌卫星发射中心,探测系统利用现有航天测控网,地面应用系统由中国科学院负责开发。 具体计划是,“长征三号甲”火箭从西昌发射中心起飞,将“嫦娥一号”卫星送入地球同步转移轨道后实现星箭分离,卫星最后进入环绕月球南、北极的圆形轨道运行,并对月球进行探测,轨道距离月面的高度为200公里。 嫦娥一号 嫦娥一号”(Chang'E1)是中国自主研制并发射的首个月球探测器。中国月球探测工程嫦娥一号月球探测卫星由中国空间技术研究院研制,以中国古代神话人物“嫦娥”命名。嫦娥一号主要用于获取月球表面三维影像、分析月球表面有关物质元素的分布特点、探测月壤厚度、探测地月空间环境等。嫦娥一号于2007年10月24日,在西昌卫星发射中心由“长征三号甲”运载火箭发射升空。嫦娥一号发射成功,中国成为世界上第五个发射月球探测器的国家。2009年3月1日成功撞击月球。  嫦娥二号 嫦娥二号卫星(简称:嫦娥二号,也称为“二号星”)是嫦娥一号卫星的姐妹星,由长三丙火箭发射。“嫦娥二号”主要任务是获得更清晰、更详细的月球表面影像数据和月球极区表面数据,因此,嫦娥二号卫星上搭载的CCD相机的分辨率将更高,其它探测设备也将有所改进,所探测到的有关月球的数据将更加翔实。为“嫦娥三号”实现月球软着陆进行部分关键技术试验,并对嫦娥三号着陆区进行高精度成像。“嫦娥二号”于2010年10月1日18时59分57秒在西昌卫星发射中心发射升空,并获得了圆满成功 。 嫦娥三号 嫦娥三号探测器于2013年12月2日在中国西昌卫星发射中心由长征三号乙运载火箭送入太空,当月14日成功软着陆于月球雨海西北部虹湾以东地区,15日完成着陆器、巡视器分离,并陆续开展了“巡天、观地、测月”的科学探测和其它预定任务。 嫦娥三号探测器,是中国第一个在地外天体软着陆的无人探测器,为中国航天开创了月面着陆探测和机器人巡视探测的新模式。 技术突破 1、国际首次实现全自主避障和高精度软着陆。采用惯性导航配以测距测速修正的自主导航方式;国际首次实现了基于机器视觉的软着陆自主避障,落点精度优于0.7km。高比冲、高精度、高可靠1500N-7500N变推力发动机。设计了“偏置收拢、自我压紧、拉压一体”的多功能“悬臂式”着陆缓冲机构,地形适应能力强、承载能力大、缓冲可靠性高、着陆稳定性好。 2.首次实现我国航天器在地外天体巡视探测,突破月表着陆探测关键技术。提出集承载、动力、转向、通过性、稳定性为一体的移动性能评价体系,建立了轮壤接触模型,实现了逐级递进的任务规划与遥操作控制。世界上首次采用两相流体回路和光照唤醒技术,实现月夜生存和自主唤醒。 3.首次实现我国低温推进剂运载火箭多窗口、窄宽度发射和地月转移轨道高精度入轨,首次解决了我国低温运载火箭推进剂加注后连接器不脱落推迟24h发射的关键技术难题。采用并验证了双激光惯组/卫星导航复合制导技术,使地月转移轨道入轨精度半长轴偏差由万公里级提高到百公里级。 4.首次研制X频段为主、兼容S/Ka频段大型深空网,实现航天测控通信重大跨越,成功研制35m、66m深空测控站和65m射电望远镜。突破了差分单向测距(ΔDOR)、同波束干涉测量(SBI)、三向测量等关键技术,创新设计了同波束干涉和三向测量系统,有效解决了嫦娥三号精密定轨以及两器在月面的高精度相对定位难题。 5、研制建设了一系列月球环境模拟的特种试验设施,创新形成了一系列先进试验方法、规范和标准。提出了着陆过程试验验证方法,研制了世界领先水平的净高70米悬停避障试验场、着陆稳定性试验场。采用多维随动塔架方案,实现了模拟月球重力环境条件下的精确随动控制;实现了月球重力、光照、月表刚度、摩擦系数和地形地貌等月面环境的模拟。 嫦娥三号科学成果 1.完成首幅月球地质剖面图。“嫦娥三号” 利用测月雷达,完成了首幅月球地质剖面图,首次研究了雨海北部地区的地质特征及其浅表层的地质结构,获得该区月面下125m、210m和330m处的分层结构和月表物质介电常数,明确了不同期次喷发的玄武岩之间的分界面。为研究月球从形成到现在的演变历史提供了科学依据。 2.对地球空间等离子体层开展大视野探测,极紫外相机取得了153幅15个地球半径的空间等离子体层极紫外观测动态变化图,首次观测到亚暴发生期间地球空间等离子体层等离子体环的膨胀现象。 3.开展月基天文观测,在月球上利用天文望远镜获取探测极限优于13等星的连续近紫外波段图像,在含致密星的相互作用机制、色球活动及耀发机制、活动星系中超大质量黑洞吸积物理过程等研究领域取得创新性研究成果;获得了仙王座完整的紫外光变曲线,得到了处于双星物质交流演化过程中的特殊样本,给出了双星物质转移的关键证据。 4.首次证明月球没有水 长期以来,人们一直好奇月球上到底有没有水。对于这个问题,月基光学望远镜给出的答案是:没有。 中科院国家天文台研究员魏建彦称:“我们测量了月球地表层以上水的含量,得到了有史以来最低的一个测量值,这个测量值符合预期。”这是首次明确证明月球上没有水。 嫦娥四号 嫦娥四号是嫦娥三号的备份星。“嫦娥三号”和“嫦娥四号”任务,将实现在月球上软着陆和自动巡视机器人勘测。 2018年12月8日2时23分,中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射嫦娥四号探测器,开启了月球探测的新旅程。12月30日8时55分,嫦娥四号探测器在环月轨道成功实施变轨控制,顺利进入预定的月球背面着陆准备轨道。 2019年1月3日10点26分,“嫦娥四号”探测器成功着陆在月球背面东经177.6度、南纬45.5度附近的预选着陆区,并通过“鹊桥”中继星传回了世界第一张近距离拍摄的月背影像图,揭开了古老月背的神秘面纱。22时22分,嫦娥四号着陆器与巡视器顺利分离,玉兔二号巡视器驶抵月球表面。 世界第一张近距离拍摄月背影像图 登陆风险 嫦娥四号登陆月球背面,仍然有很大风险。嫦娥四号是无人探测器,风险自然小得多,但是如何给飞临月球背面的飞行器发出指令,遥控它准确着陆在预定位置,并且顺利接收传回的图像数据,还是个不小的技术挑战。可是一旦成功登陆,中国科学家们就能更全面地了解月球环境,并趁着月球背面没有地球电磁讯号干扰,进行太空观测,为今后的太空探索做好准备,“将是个了不起的壮举” 嫦娥四号任务的工程目标,一是研制发射月球中继通信卫星,实现国际首次地月拉格朗日L2点的测控及中继通信;二是研制发射月球着陆器和巡视器,实现国际首次月球背面软着陆和巡视探测。 嫦娥四号的科学任务主要是开展月球背面低频射电天文观测与研究;开展月球背面巡视区形貌、矿物组份及月表浅层结构探测与研究;试验性开展月球背面中子辐射剂量、中性原子等月球环境探测研究。
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