嫦娥奔月前测试吉林火山灰模拟月球土壤

2019-06-13 13:02:26 来源: 张家口信息港

“嫦娥”奔月前测试:吉林火山灰模拟月球土壤

嫦娥三号监视相机传回的月球表面彩照。新华社发

科技人员在试验场内进行月球车爬坡测试。(航天科技集团供图)

测试现场。(航天科技集团供图)

概括起来,“落月”和“巡月”是嫦娥“三姑娘”此次月亮之行的两大任务,也就是月面软着陆和月面巡视勘察。嫦娥三号总指挥张廷新指出,这两大任务要求嫦娥三号探测器攻克多项关键技术,包括月面软着陆、两器分离、月地间遥操作、月夜生存、测控通信及地面试验等。嫦娥三号的新研产品所占比例高达80%,而一般卫星只有20%至30%,参与单机研制的单位有230多家,这还不包括多家参与合作的高校。

搭建“月宫”煞费苦心

用吉林火山灰模拟月壤

落月点的状况到底是怎样的?这是嫦娥飞天之前,研制人员思考多的问题之一。虽然嫦娥二号获取了大量的月表图片,但月面下有没有“陷阱”?又如何让嫦娥三号平稳地落到月面上?

为了消除对落月点状况的不确定性,研制人员建立了包括月表地形地貌模型、月尘模型在内的多个模型,同时为嫦娥三号量身定制了多个专项试验。为了模拟月球环境,还造出了一个“月宫”,这可不是一个简单的工程。仅仿真月壤就让研制人员走遍了全国,决定选用吉林靖宇县龙湾火山群的火山灰。

在“月宫”内,研制人员铺上几十厘米厚的模拟月壤,还特意在上面铺石块、刨坑、构造坡度等,然后让月球车在上面行走,并借助六分之一重力吊索,实现了低重力环境下月球车重量的减轻。

由于仿制的月壤轻且疏松,月球车车轮从上面行走时,整个场内都弥漫着灰尘。夏季做试验时更难熬,温度可达到五六十摄氏度,粘在试验队员身上的灰尘与汗水混在一起,变成了泥糊糊。就是在这样的试验环境下,研制人员对月球车进行了成千上万次的测试。

沙尘暴里架起百米试验台

内场试验的完成并不代表万事大吉,外场试验必不可少。地点选在那里,试验队员可谓煞费苦心。他们发现,西北沙漠中沙子的力学特性比较接近月面。

“试验时,参试人员都住在临时搭建的简易房内,有时夜里遇到沙尘暴,头部要裹得严严实实。即使这样,早晨起来,被子上、桌子上、地上全是沙子,足足能扫出半脸盆。”张廷新回忆道。研制人员在试验场搭起高100米的试验架。“沙漠中的营地好像是海上的威尼斯,迈出房门便无处落脚”。试验队员就是在那里进行了长达数月的沙漠之旅。[1][2][3]下一页动力系统技术精尖

29台发动机为嫦娥提供动力

嫦娥“三姑娘”在落月过程中演绎曼妙舞姿,而背后的“舵手”是发动机,就像人的心脏,给嫦娥提供强大的动力。嫦娥三号探测器上有多少台发动机?答案是29台,而其中7500N变推力发动机直接决定着嫦娥三号奔月与落月的成败,且没有备份。

月球,素有人类探索深空的“前哨”之称,但前往这个“前哨”的途中充满了艰辛和风险。此前失败的探月任务中,大部分是由动力系统故障所导致。此次嫦娥三号着陆器推进系统的发动机有多种型号,功能各异、不同推力组成了强大的动力“联盟”,上演了一场动力“接力”。其中,“压轴”出场的着陆器推进系统终让嫦娥三号安全抵达月球。

真空要求嫦娥“心脏”千变万化

航天器返回地球时,根据不同的需求采取了滑翔、降落伞、旋翼等不同的方式,但与地球着陆方式完全不同,月面着陆是在真空状态下的软着陆,没有大气也就意味着不能利用空气摩擦实现减速。

嫦娥三号探测器要实现月面安全软着陆,传统火箭发动机和推进系统无法完成这一任务。因为,在月球这一无大气天体表面的软着陆机动飞行中,要求发动机多种推力“快速变化”,时而“铆足马力”,时而“轻手轻脚”,时而又“凝神静思”,这一系列不断变换的“舞姿”,需要发动机具备深度节流能力,传统发动机根本无法实现,也就是说,无法实现推力的变化。

只有研制变推力发动机,才能完成月球着陆探测器中途修正、近月制动、动力下降、悬停等软着陆任务,不仅要求推进系统在15公里到100米高度地完成主减速任务,还要在100米到4米高度开始稳定和缓慢地下降,在实施悬停、避障后,在4米高度实施关机,保证探测器能够安全平稳完成落月任务。完全可以说,在此次举世瞩目的嫦娥三号落月过程中,能否落得稳和准,变推力发动机说了算。前一页[1][2][3]下一页200多根导管要通过“三检五审”

为使嫦娥三号走好在月球上的“步”,航天科技集团六院的科研人员用了五年时间,为落月量身定制了7500N变推力发动机,这也是我国首台具备大范围变推力工作能力的液体发动机。作为推进系统的主发动机,可实现大范围阶跃式变推力及无级变推力,首次“亮相”就承担动力系统接力的“一棒”。

着陆器推进系统有着200多根导管、400多条焊缝管路、400多处螺钉连接部位,活接头部位近百处,研制过程中,“精”字是关键。发动机推力室喷管采用特殊合金材料,外涂高温抗氧化剂涂层,壁身薄处仅毫米级,且全身无缝连接,堪称科技与工艺的完美结合。

如果把发动机比作心脏,一根根导管无疑就是输送“养分”的血管。能为嫦娥三号服务,所有的导管至少要通过“三检五审”,首先要经过清洗、酸洗、内窥镜“肠道”检查;内外焊缝除了进行内窥镜检查外,还要接受X光拍片“透视”探伤。

成功“瘦身”为嫦娥“减肥”

由于承担了“落月”使命,与嫦娥一号、二号相比,嫦娥三号推进系统完全是一个崭新的动力系统,除变推力主发动机外,还包括十多台150N和十几台10N姿控发动机。这些发动机承担月球着陆器中途修正、近月制动、动力下降、悬停等一系列软着陆任务,并按预定指令实现该“出手”时就“出手”,再“出手”时“不含糊”。

姑娘都是爱美的,嫦娥三号也不例外,在奔月之前还进行了“瘦身”,推进系统首先做出了牺牲。“出于嫦娥三号重量、构型的特殊要求,为推进系统‘瘦身’成为首要课题。”嫦娥三号推进系统副指挥李和军介绍说。研制人员发现,10N的小姿控发动机就像一个细长的小白酒盅,身段轻盈,无“肥”可减。于是他们将目光锁定在贮箱、气瓶、7500N及150N发动机等的减重设计上,由此带来诸多关键技术的突破,成为推进系统的亮点。轻质、大容积复合材料缠绕式金属膜片贮箱研制成功,利用无焊缝铝合金内衬复合材料缠绕气瓶设计制造技术对气瓶减重,甚至连在系统中占比不高的自锁阀也不放过,都进行了小型化改进。解决“减肥”问题,为我国后续深空探测任务提供了技术积累。

韩娜

原标题: “嫦娥”奔月前测试:吉林火山灰模拟月球土壤

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稿源:中国青年

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