月球|详解嫦娥:嫦娥技术落后美国四十年?那些掉队国家听到了都不答应( 二 )


最后就是成功返航回家的嫦娥工程最关键的一步 , 我国第一次实现了无人采样返回任务 , 并且将1731g样品全部带回了地球 。 由于采样和返回过程的复杂性 , 航天工程师对嫦娥五号进行了改造升级 , 它也成为了至今为止我国研制的所有航天器当中最复杂的存在 , 组成部分高达18种以上 。
由于需要在采集样本再将样本安全送回 , 嫦娥五号的轨道器、着陆器、上升器、返回器等装置要经过多次分离 , 总共有五个分离面 , 而且每一个分离面只能用一次 , 如果出现问题 , 那么任务就会失败 。
再者就是对接 , 探测器在月球之上采集的样本需要先转移到上升器里 , 然后在对接完成之后 , 上升器连接轨道器 , 再利通轨道器把样本转移进返回器 , 发回地球 。 来回转移交换的次数至少3次 , 要精准地把握时间和每一个环节 。
最终嫦娥五号以打水漂的方式返回了地球 , 返回器先以高速进入大气层 , 然后在弹回太空中 , 有效减速之后再进入大气返回地面 , 这种半弹道跳跃式返回方案是我国新创的技术 。
嫦娥黑科技
嫦娥系列工程自从立项到现在 , 发展了也有20年左右了 , 从最初的嫦娥一号到最后的嫦娥五号 , 中国都是独立完成的 。 并且这之中有我们自己的一些奇思妙想 , 可以说嫦娥工程的顺利实施 , 吹响了中国航天自主创新的号角 , 那么我们就来看看嫦娥系列中有哪些黑科技 , 又获得了怎样的成就吧!
嫦娥一号是我国的探月初次尝试 , 创新了卫星自动控温技术 , 实现了在轨温度精准控制 。 嫦娥二号有了迅猛的进步 , 首先就是建立了具有独有的月球重力场模型 。
嫦娥五号通过高精度测定轨反演的方式 , 建立了我国100节月球重力场模型 , 优于国际精度最高的日本模型 。
并且在充分考虑月球反照率底下的特点之后 , 采用了延时积分成像技术 , 这也是全球首次 , 依靠这一方法我们获得了7m分辨率全月球的立体影像 。
嫦娥三号肩负着首次软着陆的使命 , 因此在技术上有了更多的革新 。 这之中最有名的就是自主避障软着陆控制技术 。 大家可能不知道美苏探月时期 , 月球探测器都不具备自动观测障碍和避障的功能 , 所以经常在着陆时撞到障碍物 , 导致最终着陆失败 。
而美国的阿波罗号飞船 , 因为载人航天的因素 , 使得可以人为观察操纵进行着陆 , 宇航员作为重要的外力因素 , 是必不可少的 。
那么如果在无人操纵的情况下 , 机器要如何实现着陆呢?有的采用气囊着陆方式 , 或者像是美国的火星探测器好奇号 , 利用创新的“空中吊车”方式来将探测器轻轻放下 , 这一地点事先已经经过精细的考察和观测 。 但是以上的这些探测器虽然都降落成功了 , 可都不具备自主避障功能 。
为了可以顺利实现自主避障和软着陆 , 嫦娥三号新配备了光学成像敏感器、激光测距敏感器、微波测速敏感器、水平机动推力器等多个装置 。 为了可以顺利地避障着陆 , 将复杂的过程分为了四部分 , 分别是接近段、悬停段、避障段和下降段 , 每一个部分对于避障的精度要求都不同 。
最终着陆位置在星下点4.8米左右的地方 , 以该点为中心20 m×20 m 区域内平均高程起伏差 凸起高度和凹坑深度均小于20cm 坡度小于2° 优于着陆安全要求 。
中国也成为了世界首个实现利用机器视觉进行避障 , 完成地外天体软着陆的国家 。
嫦娥五号的黑科技正是返回舱在新闻中露出来的“黑乎乎”的样子 , 因为采用了打水漂式返航 , 返回舱回穿过大气 , 与之摩擦起火 , 那么要利用什么样的隔热材料才能确保返回舱内的月壤安全呢?
【月球|详解嫦娥:嫦娥技术落后美国四十年?那些掉队国家听到了都不答应】航天工程师利用了烧蚀防热的方法 , 将耐烧的材料涂满返回舱外部 , 使得它在经历3000℃高温炙烤时迅速燃烧 , 燃烧时能吸收大量的热量 , 确保内舱的安全 。
根据不同部位的受热情况 , 科学家还做出了不一样的设计 。 总共采用了7种防热材料 。
例如 , 在气动加热最严重的大底结构采用了新型轻质C–Si–O 蜂窝增强低密度烧蚀防热材料 , 其密度约为 0.5g/cm3 , 可承受 6MW/m2的热流环境 。
之前只有苏联的探测器成功带回了月壤 , 美国的月壤是由宇航员登陆之后辅助完成的 , 因此我国能够将探测器回收并带回如此多的月壤 , 无疑是位居世界前沿的水平 。 这之后 , 许多国家也明确表示我国的防热材料水平已经在世界领先了 , 想要向我国取经学习 。