新华社北京1月13日电(记者张建松)1月13日,《新华每日电讯》刊载题为《让“嫦娥”身着华服明眸善睐精准探月——盘点为嫦娥四号圆满完成任务作出贡献的“上海智慧”》的报道。
嫦娥四号工程取得圆满成功。在这项举世瞩目的探月工程中,中国航天科技集团八院和中科院在上海的多家研究机构都承担了研制任务,贡献出“上海智慧”。
八院承担五个半分系统任务
据中国航天科技集团八院嫦娥四号副总指挥兼副总设计师张玉花介绍,嫦娥四号探测器包括“两器一星”,即月球软着陆探测器(着陆器)、月面巡视探测器(巡视器)、“鹊桥”中继卫星。八院承担了嫦娥四号着陆器、巡视器五个半分系统的研制任务,包括巡视器移动分系统、结构与机构分系统、测控数传分系统、电源分系统、综合电子分系统移动/机构控制与驱动组件、着陆器一次电源分系统。
由于嫦娥四号首选的着陆区撞击坑多、地形崎岖、环境复杂,八院团队承担的巡视器移动分系统难度高、任务重。研制团队对巡视器的移动速度、移动距离、越障能力等状态和参数,都进行了充分的地面力学分析和验证,确保巡视器能有效适应地形、跨越障碍。对巡视器在移动过程中,可能遭遇石块落入车轮内部、驱动机构频繁启停等各种意外,进行逐一测试并形成应对方案。
着陆器、巡视器与地面站之间的测控和数据传输,需通过“鹊桥”中继卫星来中转。八院所研制的巡视器测控数传分系统,不仅承担了巡视器与着陆器的数据通信功能,还承担与“鹊桥”中继星进行遥测和数据传输功能。为确保万无一失,研制团队为该系统设计了5种工作模式,充分考虑了冗余设计,各设备形成热备份,大大提高了系统可靠性。
在电源方面,八院所为嫦娥四号着陆器和巡视器提供了目前国内最先进高效的“三结砷化镓”太阳电池,光电转换效率大大提高,重量则减轻了。
高科技涂层给嫦娥四号“穿上华服”
月球是一个昼夜温差高达多摄氏度的严酷世界。为了保护嫦娥四号,中科院上海硅酸盐研究所、上海有机化学研究所研制了各类高科技涂层,犹如给嫦娥四号穿上一件既耐热又抗寒的“华服”。
在嫦娥四号任务中,上海硅酸盐研究所提供了热控涂层、高温合金抗氧化涂层、高摩擦抗冷焊涂层、高温隔热屏、低温多层隔热组件等关键材料。例如,嫦娥四号巡视器的移动机构、机械臂机构、全景相机机构等采用“微弧氧化热控涂层”；着陆器的发动机防护筒、月夜温度采集器等采用“阳极氧化热控涂层”；太阳电池阵的接触支点上则采用“高摩擦抗冷焊涂层”等。
变推力发动机,是嫦娥四号着陆器在月球表面软着陆的关键部件。由于发动机工作的时候,燃烧室和喷管的温度很高,上海硅酸盐所研制的“高温隔热屏”则像“裙子”一样,将高温环境包围起来,在发动机与周围电子元器件之间形成一道屏障,有效降低发动机工作对着陆器本体温度的影响。
“低温多层隔热组件”则可以双向隔热。外部高温时,热量不能往里传；外部寒冷时,里面热量不能往外漏,保证机器在正常运行的温度范围内。
上海有机化学研究所是我国系统研制有机热控涂层的唯一单位。自上个世纪六十年代以来,该所研制出几十种不同用途的有机热控涂层,就像能调控温度的衣服一样,“穿”在航天器和仪器的外表面。此次,嫦娥四号就是“穿”上了上海有机所研制生产的有机热控涂层。
敏锐的激光器让嫦娥四号“明眸善睐”
在嫦娥四号任务中,中科院上海技术物理研究所、上海光学精密机械研究所合作承担了“激光测距敏感器”和“激光三维成像敏感器”的研制任务。敏锐的国产激光器助力测距系统,犹如给嫦娥四号安装了一双明亮的“眼睛”,保障着陆器在月球背面平稳着陆。
为了平稳着陆,在嫦娥四号距离月面约30公里的环月阶段,激光测距敏感器就开始工作,大能量激光射向月球,测量着陆器和月面的距离；当嫦娥四号距离月面最后米悬停时,激光三维成像敏感器利用“高重频光纤激光器”的光束扫视月面,提供月面着陆区域的三维地形信息。之后,着陆器再根据信息,主动避开障碍物或者凹凸不平的地方,精确选择着陆点。
中科院上海技物所还为嫦娥四号巡视器配备了“红外成像光谱仪”。该设备可以获取月表指定位置的精细光谱信息,为月面巡视区的矿物组成分析提供科学探测数据。
“甚长基线干涉测量”(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米四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0多千米的巨大望远镜。
在嫦娥四号任务中,中科院上海天文台牵头负责VLBI网的测轨任务,确保探测器测轨工作的同时,还兼顾了对中继星的测量。