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如何拍摄月球三维影像?中国探月工程全揭密

发布时间:2021-02-18 22:24 作者:金宝搏

  8月16日,月球探测工程中心组织“中国探月路线图、目标和风险分析”在线访谈,邀请国防科工委月球探测工程中心副主任郝希凡、绕月探测工程卫星系统副总设计师孙泽洲、绕月探测工程卫星系统副总设计师孙辉先、长征三号甲火箭副总设计师金志强、绕月探测工程地面应用系统总设计师李春来做客国防科工委访谈室,与公众共话中外探月。

  有四个科学目标,(1)获取月球表面三维影像;(2)分析月球表面有用元素含量和物质类型的分布特点;(3)探测月壤特性;(4)探测地月空间环境。(李春来)

  探月工程的总体目标是:通过探月工程的实施,突破无人月球探测的主要关键技术,实现对月球的环绕、着陆、巡视探测和采样返回,形成探测器、深空测控网和运载火箭等一系列功能单元和自主创新的月球科研成果,具备开展无人月球探测的基本能力;初步建立我国深空探测的科学、技术和工程体系及创新团队,为空间科学研究和深空探测的可持续发展奠定基础。探月工程作为国家重大科技专项,后续工程正处于论证阶段。

  工程设想为三期,简称为“绕、落、回”三步走,在2020年前后完成。第一步为“绕”,即发射我国第一颗月球探测卫星,突破至地外天体的飞行技术,实现首次绕月飞行。第二步为“落”,即发射月球软着陆器,并携带月球巡视勘察器(俗称月球车),在着陆器落区附近进行就位探测,这一阶段将主要突破在地外天体上实施软着陆技术和自动巡视勘测技术。第三步为“回”,即发射月球采样返回器,软着陆在月球表面特定区域,并进行分析采样,然后将月球样品带回地球,在地面上对样品进行详细研究。这一步将主要突破返回器自地外天体自动返回地球的技术。 (郝希凡)

  一期工程:地月转移+环月将突破地月转移轨道和近月制动等关键技术,实现绕月探测,对月球进行全球性普查式探测。

  二期工程:地月转移+环月+软着陆/巡视勘察掌握在月面着陆、就位和巡视探测及月夜生存等技术,实现软着陆和巡视探测,开展月球区域性的精细就位探测。

  三期工程:地月转移+环月+软着陆/巡视勘察+月面上升+月球轨道交会对接+月地转移+地球大气再入掌握月面起飞、月面取样和月球轨道交会对接、月-地返回飞行的技术。将新研制上升舱和返回舱,继承并完善轨道器、着陆探测器、巡视探测器等功能单元,突破月球轨道交会对接和月面采样返回等关键技术,实现采集月表样品返回地面后的试验室精准分析。

  从“绕”“落”“回”三期工程的科学目标看,有明显的递进关系: “绕”:全球性、整体性与综合普查 “落”:区域性精细就位分析 “回”:样品返回地面后的试验室精准分析。(郝希凡)

  ■探月轨道高度为什么要选择200公里,月球上没有大气,所以是否轨道可以选的更低一点,使探测得更加清楚一些呢?

  探月轨道高度是根据探测任务的要求来确定的。嫦娥一号还是一个普查型的探测任务卫星,200km的轨道可以满足任务要求。(孙泽洲)

  按照目前的规划,我国月球探测工程要分三个阶段进行,如前述,分为绕、落、回三个阶段,也就是在第三个阶段我们要将月球样品带回地面,这个时间大概在2020年前。(郝希凡)

  需要10―12天可以飞到月球附近。嫦娥一号卫星的任务是环月探测,不再返回地球。取样返回任务是探月工程的后续任务。 (孙泽洲)

  ■嫦娥一号是我国的第一颗月球探测器,是一颗全新的卫星吗?与地球卫星有什么区别?

  从任务的角度来看,嫦娥一号卫星是一颗全新的卫星。在轨道设计、制导导航和控制系统的设计、测控系统设计和热控系统设计等方面与地球卫星不同,主要原因是任务的客观要求,导致上述系统的设计过程中需要解决新的问题。

  从卫星技术角度来看,嫦娥一号卫星充分继承了地球卫星的成熟技术。嫦娥一号卫星主要继承了东方红三号卫星平台和遥感卫星的成熟技术,并根据嫦娥工程的任务特点,进行了适应性修改和创新。 (孙泽洲)

  我国的探月采用USB航天测控网和VLBI天文测量系统联合工作的方式,解决了38万公里远距离测控通讯问题。 (郝希凡)

  14亿主要是一期第一颗卫星的研制经费和地面测控、发射、地面数据接收等基础设施的补充建设经费。(郝希凡)

  郝希凡: 嫦娥是我国传载千年的一个美丽神话故事,寄予了人们的无数美好梦想,所以,在第一次绕月探测工程领导小组会议上,决定将我国的第一个月球探测卫星命名为嫦娥一号

  看不到。就是用我国现有的最大口径光学天文望远镜也看不到40万公里之遥的嫦娥一号卫星,因为其最大反射面积只有30平方米左右。 (李春来)

  嫦娥一号卫星科学目标是获取整个月球表面的立体影像,因此与一般的详细观测不同,她的分辨率是120米左右。但是每一轨的覆盖宽度相对较宽,达到60公里左右。 (孙辉先)

  可以用于:划分月球表面的基本构造和地貌单元;进行月球撞击坑形态、大小、分布、密度等的测量和分析,为类地行星表面年龄的划分和早期演化历史的研究提供基本数据;划分月球断裂和环形影像纲要图,勾画月球地质构造演化史;为后续着陆探测优选合适的区域提供科学依据。(李春来)

  与人类的立体视觉相似,获取三维影像的前提条件是从两个以上的不同角度对同一个目标进行观测,然后进行立体影像合成。通常情况下卫星是利用三个角度进行观测。观测的时候是利用卫星飞行时的推扫完成的,不需要进行多次变轨。利用月球的自转能够对整个月面进行覆盖观测。 (孙辉先)

  需要一个地球月左右的时间轨道才能全部覆盖月球表面。变轨的能量由卫星提供。(李春来)

  ■获取的月球立体影像对外发布吗?能不能做成象google earth那样的一个网站,让大家可以自由的点击,了解月球的资料。

  这是我们的努力方向,现在已有google moon,但资料还太少,精度太低。(李春来)

  在进入使命轨道前卫星需要进行9―10次的变轨。其中最为关键的是第三次近地点(进入地月转移轨道)和第一次近月点变轨(实现月球捕获),此两次变轨均具有短暂性和唯一性的特点。如果控制不好,就会出现撞击月球或飞离月球的可能。关于变轨的相关问题,我们已经解决。(孙泽洲)

  ■探测月球肯定有很多新研制的设备,如何验证这些新设备能够在月球轨道上正常工作?

  主要是通过大量的地面试验验证,一方面是力学环境试验、热环境试验等环境试验,以验证设备对发射环境和空间环境的适应性;另一方面是电性能测试和相关的标定试验,以验证设备的性能指标是否满足任务要求.目前各项试验已经完成,设备性能指标均满足要求,可以说明这些设备是能够在月球轨道上正常工作的。(孙泽洲)

  国外第一次探月任务基本上没有完全成功的。50年代末的美国和前苏联的第一次探月任务均是失败的,90年代日本的第一次探月任务中的环月任务也是失败的。由于任务本身的风险,因此成功率为48%,较地球卫星低。 (孙泽洲)

  地月轨道飞向月球轨道中的关键点是多次的轨道机动,绕月阶段的关键点是对月姿态的确定,天线对地指向的确定,科学数据的获取,以及能源和热控的保证。(孙泽洲)

  ■以往的探测中,经常会出现某个探测设备突然失灵,从而导致整个任务失败。嫦娥一号卫星的探测设备能不能保证可靠地完成任务?

  此次探月工程有效载荷的八种探测仪器共24件设备,对实现科学目标的影响是不同的。这些设备一般都设立了备份,也就是说当主设备失效后,可以启动备份,继续工作。八种探测仪器中的任何一台失效,只会影响这一台设备的探测结果,而不会导致整个探测任务的失败。

  所有的探测仪器在地球上都进行了定标和演示验证实验,以保证到月球之后可以正常工作。(孙辉先)

  ■航天是一项高收益、高风险的事业,嫦娥一号将是我国第一次向发射探测卫星,有没有把握一次成功?嫦娥一号卫星的发射有没有风险?从工程总体上如何分析可能存在的风险?

  在以往飞行成功的基础上,针对本次任务做了许多工作: 1、在探月中心的组织下,收集和分析了国外进行探月工程的成功和失败的案例,尤其是经验教训; 2、收集和分析了火箭在以往研制生产中和飞行中出现的质量问题,进行了举一反三和改进; 3、进行了火箭的可靠性增长研究和成果应用; 4、对火箭飞行中的所有动作和环节进行分析,对薄弱环节和不放心的地方采取有效措施; 5、对重要单机产品和系统级试验和全箭测试进行加严考核。尽管如此,风险依然存在。 (金志强)


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