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嫦娥六號(hào)比快遞小哥還利落,怎么做到的?

發(fā)布日期:2024-6-7 15:10:00 瀏覽次數(shù):

      嫦娥六號(hào)去月球挖土,這是最近一段時(shí)間最受矚目的科技新聞。但是,這幾天發(fā)生的事情讓關(guān)注嫦娥六號(hào)的小伙伴有些錯(cuò)愕。

     嫦娥六號(hào)在6月2號(hào)成功降落月球,3號(hào)執(zhí)行了采樣任務(wù)。本來(lái)小伙伴們還等著嫦娥六號(hào)能四平八穩(wěn)地開(kāi)展研究工作,最好能四處溜達(dá)溜達(dá),拍拍照片,拍拍小視頻,把月球背面的風(fēng)土人情多傳回一些。結(jié)果萬(wàn)沒(méi)想到的是,嫦娥六號(hào)就像是一名專業(yè)的快遞員一樣,挖土、打包后轉(zhuǎn)身就走,整個(gè)過(guò)程干凈利落,讓娥粉們措手不及——我們還沒(méi)看清呢,你就挖完土飛走了?

     沒(méi)錯(cuò),落月準(zhǔn),挖土快,起飛穩(wěn),這正是嫦娥六號(hào)月背挖土任務(wù)的行動(dòng)綱領(lǐng)。一切都是計(jì)劃的一部分。要知道,雖然嫦娥五號(hào)與嫦娥六號(hào)的任務(wù)都是落月采樣,但嫦娥六號(hào)的工作難度要比嫦娥五號(hào)大很多。原因是,在月球的背面著陸必須依賴鵲橋二號(hào)衛(wèi)星的通信轉(zhuǎn)播。即便如此,由于距離太遠(yuǎn),信號(hào)太弱,嫦娥六號(hào)實(shí)時(shí)回傳的視頻仍然存在卡頓現(xiàn)象,視頻幀率也并不太高。

      溫差、測(cè)控、光照、電源……在月球背面,處處都是最嚴(yán)酷的考驗(yàn),只有速戰(zhàn)速?zèng)Q,才是月背采樣計(jì)劃的最佳方案。如果你沒(méi)看懂嫦娥六號(hào)這套組合拳是怎么打的,那我們就從落月開(kāi)始復(fù)盤(pán)一下。


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嫦娥六號(hào)的結(jié)構(gòu)








      2024年6月2日早晨6點(diǎn)09分,嫦娥六號(hào)根據(jù)預(yù)先制定的飛行控制計(jì)劃,完成了上升器著陸器組合體與返回器軌道器組合體的分離。從這一時(shí)刻開(kāi)始,嫦娥六號(hào)就開(kāi)始依靠自身的導(dǎo)航控制系統(tǒng)進(jìn)入了自動(dòng)落月過(guò)程。在此過(guò)程中,著陸器會(huì)向地球持續(xù)發(fā)送狀態(tài)數(shù)據(jù),如果數(shù)據(jù)一切正常,地面團(tuán)隊(duì)就不會(huì)進(jìn)行指令干預(yù)。

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模擬畫(huà)面:上升器著陸器組合體(左下)正在分離


     上升器著陸器組合體的核心動(dòng)力來(lái)自一套7500牛頓變推力液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī),該系統(tǒng)以其出色的推力調(diào)控精度而著稱。在下降期間,發(fā)動(dòng)機(jī)可以提供極為細(xì)膩的可變動(dòng)力輸出,從而確保上升器著陸器組合體能夠根據(jù)月球表面的地形數(shù)據(jù),完成平順安全的自動(dòng)導(dǎo)航和精準(zhǔn)落月。


     此外,它還搭載著多臺(tái)高清晰度成像設(shè)備和激光探測(cè)設(shè)備,這些設(shè)備可以每秒捕捉并分析海量圖像數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)辨識(shí)地形障礙,從而為最終著陸點(diǎn)的選擇提供科學(xué)依據(jù)。

      整個(gè)下降過(guò)程的每一秒鐘,都是對(duì)航天器自主導(dǎo)航、精確制導(dǎo)及地面控制協(xié)同作業(yè)能力的極限挑戰(zhàn)。月球表面色彩單一,而顯著的地形特征,如巖石或環(huán)形山,會(huì)在日照下投射出明顯的陰影,成為地形初步識(shí)別的有效線索。

      著陸點(diǎn)選址傾向平坦區(qū)域,因此,著陸器上搭載的高靈敏度攝像頭,會(huì)實(shí)施初步的地形篩查。它一邊下降,一邊靈活調(diào)整軌跡,主動(dòng)規(guī)避石塊密集地帶。這一基于影像的快速識(shí)別技術(shù),其原理與自動(dòng)駕駛系統(tǒng)異曲同工,不過(guò)在月球環(huán)境下,算法為月球表面進(jìn)行了專門(mén)優(yōu)化,更為聚焦與高效。

      當(dāng)組合體降至距離月面100米的高度時(shí),更加精密的激光雷達(dá)就會(huì)被激活,開(kāi)始生成地面三維數(shù)據(jù)。激光雷達(dá)技術(shù)同樣廣泛應(yīng)用于自動(dòng)駕駛,通過(guò)三維數(shù)據(jù),嫦娥六號(hào)會(huì)進(jìn)一步篩選地形,選定著陸的最佳地點(diǎn)。

      在登月的視頻中可以看到,在距離幾米高的地方,出現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)突然關(guān)閉的現(xiàn)象,這導(dǎo)致上升器著陸器組合體突然“摔”了下去。這一瞬間驚心動(dòng)魄,多虧四條著陸腿提供了超強(qiáng)的緩沖能力,嫦娥六號(hào)才安然無(wú)恙。


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最后一刻,著陸器憑借著陸腿緩沖落月

     

     是發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有燃料了嗎?當(dāng)然不是。提前關(guān)閉主推進(jìn)系統(tǒng)的目的,是為了避免發(fā)動(dòng)機(jī)排出的氣體對(duì)月壤造成擾動(dòng),讓月球表面的土壤出現(xiàn)擾動(dòng)。換成人話,就是怕發(fā)動(dòng)機(jī)的噴氣把著陸點(diǎn)的月壤吹跑,影響采樣,所以才使用著陸腿完成月面著陸的最后一步。

     除了落點(diǎn)精準(zhǔn)以外,降落的過(guò)程對(duì)嫦娥六號(hào)的朝向也有要求。著陸器一側(cè)是表面取樣用的機(jī)械臂,而另一邊則是打孔鉆探用的鉆頭。由于月球沒(méi)有大氣,缺少大氣散射,所以月球的陰影里是非常黑暗的。

    為了看清表面土壤的結(jié)構(gòu),機(jī)械臂必須朝向陽(yáng)光。為了幫助鉆頭散熱,鉆頭就必須處于著陸器的陰影當(dāng)中。

     最開(kāi)始完成的是打洞鉆探。鉆頭是一個(gè)長(zhǎng)達(dá)2米的空心套管,套管的一端還有一個(gè)類似卷起來(lái)的尼龍袋。當(dāng)鉆頭鉆入月巖,并且提取出一根長(zhǎng)長(zhǎng)的巖心時(shí),尼龍袋就會(huì)慢慢展開(kāi),把巖心包裝起來(lái)。尼龍袋包裹巖心的過(guò)程,就像是女孩子穿長(zhǎng)筒絲襪一樣。最后這根長(zhǎng)長(zhǎng)的尼龍袋還會(huì)盤(pán)曲起來(lái),裝進(jìn)一個(gè)罐子,放入上升器中保存。

     隨后的表面取樣階段主要依賴安裝在陸器側(cè)面的兩臺(tái)攝像頭完成。兩臺(tái)攝像頭可以形成雙眼立體視覺(jué),對(duì)月球表面的采樣區(qū)域進(jìn)行3D成像,再把圖像通過(guò)鵲橋衛(wèi)星傳回地面控制中心。此時(shí),舉著機(jī)械臂的著陸器就像是 38 萬(wàn)公里外的遙控式挖掘機(jī),在地面控制中心的控制下,完成整個(gè)“挖土”的過(guò)程。

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表面采樣過(guò)程視頻截圖


     完成采集后,珍貴的月壤樣本被送入著陸器內(nèi)部的密封容器中。這一過(guò)程在高度潔凈的環(huán)境中進(jìn)行,以防止地球微生物污染,保證樣本的原始性和科學(xué)價(jià)值。樣品容器經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì),能承受后續(xù)返回地球過(guò)程中可能遇到的各種極端條件。

     在樣品封裝完畢并確認(rèn)無(wú)誤后,著陸器與搭載樣品的上升器進(jìn)行最后的對(duì)接準(zhǔn)備。這個(gè)步驟要求極高的精度和可靠性,確保兩者之間的接口密封且穩(wěn)固,為即將進(jìn)行的月面起飛做足準(zhǔn)備。

     在上升器起飛之前,著陸器做了兩件很有紀(jì)念意義的事情。第一件事,是嫦娥六號(hào)釋放了一個(gè)可以拍照的微型月球車,給著陸器和即將離開(kāi)的上升器拍攝了一張合影。


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這不是CG:嫦娥六號(hào)的微型月球車拍攝了這張照片


        第二件事情,是嫦娥六號(hào)在月球背面舉行了一個(gè)小小的升旗儀式。國(guó)旗雖然面積不大,但里面的玄機(jī)卻不小。為了確保這面國(guó)旗在月球背面極為惡劣的自然環(huán)境中長(zhǎng)期保持鮮艷完整,工程師們把來(lái)自河北蔚縣的玄武巖熔化,再拉成直徑只有頭發(fā)三分之一的細(xì)絲紡線織布,才制成了這面五星紅旗。


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     在上升器帶著月壤樣本返回地球之后,這面紅旗將會(huì)留在月球背面,成為中國(guó)宇航史上永遠(yuǎn)的紀(jì)念。將來(lái)我們普通人登上月球旅行的時(shí)候,這面鮮艷的五星紅旗,將會(huì)是最重要的旅游景點(diǎn)之一。


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