嫦娥三号任务:中科院勇挑重担
    2014年06月03日 13:53:00  来源:    字体大小[]

      2013122130分,嫦娥三号探测器在西昌卫星发射中心成功发射。嫦娥三号探测器肩负着我国航天器首次地外天体软着陆和月面巡视科学探测等重要使命。作为我国实施探月工程的重要力量之一,中院牵头组织制定了嫦娥三号任务的科学目标,承担了嫦娥三号任务地面应用系统、有效载荷分系统和VLBI(甚长基线干涉测量技术)测轨分系统的研制建设和任务执行,还承担了其它多项协作配套产品的研制任务以及组织开展科学探测数据应用研究的重要任务。 

      地面应用系统:月地数据链路 

      中科院国家天文台承担的嫦娥三号任务地面应用系统不仅负责制定嫦娥三号任务科学探测计划和有效载荷运行计划,监视着陆器和巡视器有效载荷的运行状态,编制有效载荷控制指令和注入数据,完成有效载荷运行管理,还负责着陆器和巡视器的下行探测数据的地面接收、处理、解译和管理,连接着月与地。此外,地面应用系统还负责科学探测数据的存储与发布,组织科学家进行数据产品生产、科学应用与研究,还要开展相关的科学普及工作。 

      面对嫦娥三号任务的主要创新点和任务要求,地面应用系统还在北京新建了遥科学探测实验室,设立了遥科学探测分系统。遥科学探测分系统的主要任务是根据巡视器有效载荷科学探测数据和工程遥测数据监视有效载荷工作状况和现场环境,对巡视器周围月面物体的特征信息进行实时分析测量,为感兴趣的探测目标提供必要的信息和选择,还要根据选定的探测目标和工程约束条件,以实时交互或联动方式控制有效载荷完成科学探测任务。 

      有效载荷:全新研制,多个首次 

      嫦娥三号探测器搭载了8台有效载荷,除降落相机外的其它7台有效载荷以及有效载荷电控箱、综合电测等都是由中科院负责全新研制,其中3台载荷属首次搭载。 

      中科院光电技术研究所研制的地形地貌相机,不仅能静态彩色拍照,还能动态摄像,肩负着监视巡视器月表移动,获取着陆区的月表图像,用于月表地形地貌研究的科学使命。 

      中科院国家天文台研制的月基光学望远镜能坐月巡天,可观测近紫外星等亮于13等的天体,肩负着在月昼期间进行月基光学天文观测的科学使命,开创了在月面开展天文研究的新领域。 

      中科院长春光学精密机械与物理研究所研制的极紫外相机,将首次实现在月面对地球等离子体层进行极紫外成像观测。 

      中科院西安光学精密机械研究所研制的全景相机,将对着陆区和巡视区月表进行光学成像,用于巡视区地形地貌研究、巡视区撞击坑调查与研究和巡视区月球地质构造解析和综合研究。 

      中科院电子学研究所研制的测月雷达,将在巡视器行走路线上开展月球次表层结构探测,用于巡视路线上月壤厚度和结构探测,巡视路线上月壳浅层结构探测;集合其它科研成果,则能实现在国际上首次建立集形貌、成分、结构于一体的综合性观测剖面。 

      中科院上海技术物理研究所研制的红外成像光谱仪,将对巡视区月表进行红外光谱分析和成像探测,用于巡视区月表矿物组成和分布分析,巡视区能源和矿产资源的综合研究。 

      中科院高能物理研究所研制的粒子激发X射线谱仪灵敏度非常高,具有主动激发、月表元素就位探测、在轨定位和距离感知多种功能,将对月表物质主量元素含量进行现场分析,用于识别、鉴定岩石全岩成分、月壤全岩成分和矿物成分,开展巡视区能源和矿产资源的综合研究。 

      VLBI:不变的保障,精准的定位 

      中科院上海天文台承担的VLBI测轨分系统,由中科院在国内的5VLBI观测站(佘山25/天马65米、密云50米、昆明40米、南山25米射电望远镜)在同一时刻观察同一个点,以获得延迟率和卫星的角位置,进而实现对卫星的精确定位。上海佘山25米和天马65米射电望远镜同时参与嫦娥三号的测轨工作,形成双保险。VLBI中心最大处理测站数为4个测站,上海佘山25米和天马65米选择一个测站的数据进行处理。VLBI中心作为嫦娥三号探测器轨道计算的备份中心,主要任务是VLBI干涉测量数据的处理,三向测量在轨精度验证和干涉测量验证;5VLBI观测站对嫦娥三号着陆器进行干涉测量,在月面工作段对巡视器和着陆器的同波速干涉测量。 

      与嫦娥一号和嫦娥二号不同,嫦娥三号探测器VLBI测定轨任务需增加DOR等新的测量技术,跟踪和测量对象由原来只跟踪环月轨道器增加为跟踪环月轨道器、着陆器和巡视器三个探测器。同时,在原来测角和测定轨的基础上,实现对着陆器和巡视器的月面VLBI精密定位。此外,VLBI中心向北京航天控制中心准实时提供测量数据的滞后时间将由原来的10分钟缩短为1分钟,并引入上海65米射电望远镜这一新的测量设备参与VLBI测定轨任务。 

      配套产品:部件虽小,关系成败 

      中科院合肥物质科学研究院固体物理研究所研制的着陆器缓冲拉伸杆,是关系嫦娥三号着陆器能否安全软着陆的关键部件,是着陆器的缓冲吸能部件,主要任务是吸收着陆时的冲击功,确保探测器安全着陆。在该研究所的艰苦攻关下,缓冲拉伸杆具有优异力学性能、高吸能效率以及稳定的力学响应行为(温度、应变率、缺陷),质量轻且尺寸小。 

      中科院上海技术物理研究所研制的激光三维成像敏感器和激光测距敏感器,也是决定嫦娥三号着陆器能否安全软着陆的关键工程载荷。在距离月面一定高度时,着陆探测器悬停并使用激光三维成像敏感器获取月面区域的激光三维图像,以躲避障碍物为安全软着陆选择合适地点。激光测距敏感器则在嫦娥一号激光高度计技术基础上,将激光测量精度进一步提高至0.2米,在整个落月过程中实时返回着陆器距离月面的距离值。 

      科学应用:众人拾柴,火焰才高 

      为推进嫦娥三号任务科学探测数据应用研究和产出,中科院近期组织全国优势力量,组建了月球地形地貌与地质构造研究月面化学特征及其演化规律研究月球区域地球化学与构造动力学演化模型研究地球等离子体层特征及其与太阳风相互作用研究月基光学天文研究五个科学应用核心团队。核心团队是嫦娥三号任务科学应用与研究工作的主力军冲锋队,将在探月工程首席科学家的领导下,第一时间开展嫦娥三号科学探测数据的应用与研究工作。 

      相对于嫦娥一号、嫦娥二号,嫦娥三号任务的科学探测数据则更具科学研究价值。中科院也期待更多领域的科学家积极投入嫦娥三号任务科学探测数据的科学研究与应用工作,取得更多有创新、有价值的科学新发现、新成果。 

    (来源:中国科学院月球与深空探测总体部)

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