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專家盤點(diǎn)中國(guó)探月技術(shù)難關(guān) 絕非近地飛行器可比

2004年11月24日 14:03

  歐陽自遠(yuǎn):中國(guó)完全具備月球探測(cè)能力

  若是從時(shí)間上回答,很多人都能給出答案——2007年!在國(guó)防科工委不久前公布的探月時(shí)間表里,“嫦娥”一號(hào)將于2007年進(jìn)行首次繞月飛行,從而正式邁出中國(guó)探月第一步。

  但若將其作為科學(xué)問題來解答,連探月工程首席科學(xué)家歐陽自遠(yuǎn)也無法將其量化。歐陽院士在正在海南博鰲召開的中國(guó)科協(xié)2004年學(xué)術(shù)年會(huì)上接受記者采訪時(shí)描繪了“嫦娥”一號(hào)的科學(xué)目標(biāo),他說,“嫦娥”一號(hào)飛天后,科學(xué)家期望能借此獲取月球表面三維影像、分析月球表面有用元素含量和物質(zhì)類型的分布特點(diǎn)、探測(cè)月壤特征與厚度、探測(cè)地月空間環(huán)境。但當(dāng)記者問及為達(dá)到上述目標(biāo),現(xiàn)階段“嫦娥”一號(hào)研制過程中究竟還有多少技術(shù)難關(guān)時(shí),歐陽院士直搖頭:“我實(shí)在無法將其量化!

  歐陽院士說,我國(guó)啟動(dòng)探測(cè)月球工程已經(jīng)論證了10多年,而他也從20世紀(jì)60年代開始研究月球。他認(rèn)為,我國(guó)完全具備開展月球探測(cè)的能力,也完全有能力完成對(duì)月球的精細(xì)研究。

  他認(rèn)為,我國(guó)已經(jīng)建立起了完整配套的航天工程體系,這些基礎(chǔ)設(shè)施和研制條件為我國(guó)開展月球探測(cè)工程奠定了必要的物質(zhì)基礎(chǔ)。其中,東方紅—3號(hào)可作為月球探測(cè)衛(wèi)星平臺(tái);長(zhǎng)征—3甲運(yùn)載火箭可滿足發(fā)射月球探測(cè)衛(wèi)星的要求;我國(guó)現(xiàn)有的S頻段航天測(cè)控網(wǎng),可完成首期月球探測(cè)的測(cè)控任務(wù)。從以上條件看,我國(guó)具備了月球探測(cè)數(shù)據(jù)的接收、處理和解譯能力。

  “上個(gè)世紀(jì),當(dāng)美國(guó)、前蘇聯(lián)都邁向月球的時(shí)候,中國(guó)還沒有這個(gè)能力。所以,我們起步晚了。但是,今天的中國(guó),一切都在發(fā)生著深刻的變化。我們一年的國(guó)民生產(chǎn)總值達(dá)到十幾萬億,中國(guó)的綜合國(guó)力在增強(qiáng),中國(guó)的科技在發(fā)展,中國(guó)也培養(yǎng)出了大批科技人員,中國(guó)普通老百姓的生活水平也大幅度提高,我們已經(jīng)有條件有能力走向月球!睔W陽院士滿懷信心。

  葉培建:所遇難點(diǎn)非近地飛行器可比

  中國(guó)空間技術(shù)研究院的葉培建院士在分會(huì)場(chǎng)所作的報(bào)告中也指出了“嫦娥”一號(hào)的技術(shù)難點(diǎn)。

  葉培建院士談到,與現(xiàn)有所有衛(wèi)星與飛船不同,我國(guó)第一個(gè)月球探測(cè)器——“嫦娥”一號(hào)需要從地球奔向月球(約38萬公里至40萬公里,目前我國(guó)航天器所達(dá)到的距地球最遠(yuǎn)距離為7萬公里)并繞月飛行一年,必然會(huì)遇到過去近地飛行器所未遇見過的一系列技術(shù)難點(diǎn),包括:

  ——如何選擇一條合適的地月轉(zhuǎn)移軌道,實(shí)現(xiàn)從地球到月球的飛行,繼而準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定的環(huán)月軌道,并在異常復(fù)雜的月球引力場(chǎng)下維持軌道。這需要進(jìn)行地月轉(zhuǎn)移軌道的分析求解、建立中途修正的數(shù)學(xué)模型、研究利用調(diào)相軌道擴(kuò)大發(fā)射窗口的能力、進(jìn)行軌道高度控制策略和優(yōu)化設(shè)計(jì)等;

  ——由于測(cè)控和通信需基于現(xiàn)有的基礎(chǔ)條件完成,在沒有大天線的前提下,要完成38萬公里的測(cè)控和數(shù)據(jù)傳輸就需研究現(xiàn)有測(cè)控體系的適應(yīng)性及與天文測(cè)量VLBI系統(tǒng)聯(lián)合使用的可能性,衛(wèi)星必須作出較大貢獻(xiàn),要研制高增益的兩自由度定向天線,同時(shí)要配置高增益的全向天線;

  ——衛(wèi)星從發(fā)射到奔月、繼而環(huán)月,要經(jīng)歷多次復(fù)雜的軌道和姿態(tài)機(jī)動(dòng),而且有幾個(gè)機(jī)動(dòng)點(diǎn)在時(shí)機(jī)上是唯一的,風(fēng)險(xiǎn)很大。另外整個(gè)系統(tǒng)是個(gè)復(fù)雜的三體定向問題對(duì)地球、對(duì)月球、對(duì)太陽,使衛(wèi)星的制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制十分困難,除繼承已有的硬、軟件技術(shù)外,衛(wèi)星的GNC系統(tǒng)設(shè)計(jì)將更加復(fù)雜,可靠性要求更高,并要研制新型的紫外敏感器以解決對(duì)月敏感的新問題;

  ——衛(wèi)星的全壽命過程,其外熱流變化很大,有的面在一段時(shí)間是朝陽面,另一段時(shí)間又是背陽面,使得熱控在衛(wèi)星功率有限、重量有限的前提下很難設(shè)計(jì),擬采用被動(dòng)為主、主動(dòng)為輔的方式,充分利用現(xiàn)有成熟技術(shù),適當(dāng)采用新技術(shù),輔以衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)等辦法解決;

  ——由于衛(wèi)星與太陽光線入射的位置關(guān)系,其能源波動(dòng)極大,在一定時(shí)刻將無法滿足衛(wèi)星能源需求,解決的辦法是調(diào)整衛(wèi)星飛行姿態(tài),采用正飛、側(cè)飛交替的模式來改變太陽光入射角度,從而保證能源需求。

  探月工程在實(shí)現(xiàn)了第一步繞月探測(cè)之后,將發(fā)射一個(gè)飛行器著陸于月球表面,這個(gè)著陸器能對(duì)著陸區(qū)周圍進(jìn)行探測(cè),并從該著陸器上釋放出一個(gè)月球表面探測(cè)車在月面行走和進(jìn)行探測(cè),針對(duì)這一任務(wù),還會(huì)碰到一系列技術(shù)問題。

  設(shè)想中的登月火箭動(dòng)力系統(tǒng)

  探月的最終目的是登月,是為了開發(fā)和利用月球的寶貴資源。繼20世紀(jì)60年代的美蘇探月競(jìng)賽以來,90年代又掀起第二輪探月高潮。航天大國(guó)均提出了各自的探月計(jì)劃。在可供人類登月的運(yùn)載火箭和所需的發(fā)動(dòng)機(jī)中,美國(guó)研制了土星V火箭,起飛質(zhì)量為2910×103kg,主發(fā)動(dòng)機(jī)推力達(dá)到6770kN;前蘇聯(lián)在N-1火箭失敗后研制了能源號(hào)火箭,起飛質(zhì)量為2400×103kg,主發(fā)動(dòng)機(jī)RD-170的推力達(dá)到7259kN。中國(guó)航天科技集團(tuán)第11研究所研究員丁豐年、張小平在他們的報(bào)告中闡述了中國(guó)登月火箭的動(dòng)力系統(tǒng)。

  與美俄等航天大國(guó)比,我國(guó)現(xiàn)有最大的火箭起飛質(zhì)量為460×103kg,發(fā)動(dòng)機(jī)最大推力只有750kN,即使是正在研制的新一代大型運(yùn)載火箭起飛質(zhì)量最大為780×103kg,主發(fā)動(dòng)機(jī)推力也只有1200kN,與登月尚有較大差距。

  丁豐年和張小平認(rèn)為,未來我國(guó)的登月火箭應(yīng)具備推進(jìn)劑環(huán)保、可靠性高、性能高、成本低的特點(diǎn);鸺煞秩(jí),其中一級(jí)由1個(gè)中心模塊捆綁4個(gè)模塊而成,每個(gè)模塊采用兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī);二級(jí)采用4臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī);三級(jí)采用兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)。在這個(gè)方案中,二、三級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)為我國(guó)新一代大型運(yùn)載火箭的發(fā)動(dòng)機(jī),關(guān)鍵技術(shù)已基本突破,計(jì)劃在2005年~2006年研制成功。

  (稿件來源:《科學(xué)時(shí)報(bào)》,作者:保婷婷)

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