隨著嫦娥三號任務(wù)的開啟，人們的目光又一次聚焦中國航天。作為我國首個在地球以外天體實(shí)施軟著陸和月面巡視勘察的航天器，嫦娥三號探測器由哪幾部分組成？與其他衛(wèi)星相比有什么特點(diǎn)？技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)有哪些？面臨的風(fēng)險是什么？

重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)三大目標(biāo)

從立項(xiàng)到發(fā)射，嫦娥三號探測器經(jīng)歷了5年9個月的艱難奮戰(zhàn)。

2008年3月，探月工程二期正式立項(xiàng)，嫦娥三號探測器系統(tǒng)全面啟動研制工作。相繼經(jīng)過了方案論證、初樣和正樣研制階段，并于2013年9月初，奔赴西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，開展為期近三個月的發(fā)射場工作。2013年12月2日，萬眾矚目的嫦娥三號一飛沖天，發(fā)射取得圓滿成功。

嫦娥三號探測器系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師孫澤洲介紹說，嫦娥三號是我國首個在地球以外天體實(shí)施軟著陸和月面巡視勘察的航天器，將實(shí)現(xiàn)探月工程二期“落”的工程目標(biāo)，創(chuàng)造了我國航天史上的又一個第一。

與嫦娥一號、二號相比，嫦娥三號探測器主要包括巡視器和著陸器兩大部分——巡視器俗稱月球車，由9個分系統(tǒng)組成；而著陸器是為了實(shí)現(xiàn)月面軟著陸專門量身定做的新型航天平臺，有11個分系統(tǒng)。

嫦娥三號探測器由運(yùn)載火箭發(fā)射升空后，經(jīng)發(fā)射段、地月轉(zhuǎn)移段、環(huán)月段和動力下降段等過程，飛行大約14天的時間，將以軟著陸的方式降落在月球虹灣地區(qū)；之后，著陸器釋放巡視器；兩器分離后，各自獨(dú)立開展月面探測工作。

嫦娥三號在飛行任務(wù)期間，將重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)三大工程目標(biāo)，一是突破月球軟著陸、月面巡視勘察等關(guān)鍵技術(shù)，提升航天技術(shù)水平；二是研制月球軟著陸探測器和巡視探測器，建立地面深空站，具備月球軟著陸探測的基本能力；三是建立月球探測航天工程基本體系。此外，嫦娥三號還將開展月表形貌和地質(zhì)構(gòu)造調(diào)查、月表物質(zhì)成分及其可利用資源的調(diào)查、日-地-月空間環(huán)境探測與月基天文觀測等四類科學(xué)探測，對我國后續(xù)探月工作發(fā)揮重要作用，將有效促進(jìn)深空探測領(lǐng)域的發(fā)展。

研制艱辛風(fēng)險難控

嫦娥三號探測器作為我國探月工程二期核心任務(wù)，技術(shù)跨度大，設(shè)計(jì)約束多。研制過程之艱辛，令很多參與任務(wù)的設(shè)計(jì)師刻骨銘心。

嫦娥三號探測器系統(tǒng)總指揮張廷新介紹說，嫦娥三號探測器具有“四新兩多兩難一緊”的鮮明特點(diǎn)。其中，“四新”是指面臨月面溫度、月塵、月壤、月面地形地貌等新環(huán)境；鑒定設(shè)備占80%以上的全新研制平臺；為新科學(xué)探測配備的全新載荷設(shè)備以及工作關(guān)系耦合度高、產(chǎn)品集成度高的新模式。

“兩多”主要是以著陸導(dǎo)航敏感器、熱控兩相流體回路、巡視器月面移動、巡視器遙操作等為代表的新技術(shù)多，且技術(shù)跨度大；參與研制、設(shè)計(jì)及試驗(yàn)驗(yàn)證的協(xié)作配套單位多。

“兩難”體現(xiàn)在地面驗(yàn)證難，特別是由軟著陸特點(diǎn)決定的整器減重難。

“一緊”則體現(xiàn)在進(jìn)度緊，從立項(xiàng)到發(fā)射僅僅5年9個月，需完成從方案論證到初樣、正樣、發(fā)射場等各階段研制工作，以及相關(guān)的數(shù)十類產(chǎn)品攻關(guān)、幾百臺/套單機(jī)、鑒定件等的研制生產(chǎn)，多次大型專項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)證，研制進(jìn)度十分緊張。

作為我國首個在地球以外天體實(shí)施軟著陸的航天器，與以往的任何衛(wèi)星任務(wù)相比，影響嫦娥三號探測器任務(wù)成敗的最大風(fēng)險點(diǎn)在哪里？

“毫無疑問，是月球以及它所帶來的月面環(huán)境的不確定性”，嫦娥三號著陸器副總師張熇介紹說，“從已掌握的資料看，月球表面覆蓋著一層由月面巖石碎屑、粉末、角礫等組成的月壤，而這層土壤又非常松軟，且崎嶇不平；同時，落月時具體的月面地形地貌也不能完全確定，這些為安全著陸帶來不可避免的風(fēng)險。而當(dāng)著陸器撞擊在月球表面上時，發(fā)動機(jī)的噴射以及著陸過程的沖擊都將揚(yáng)起塵埃，這些激揚(yáng)的月塵不僅影響成敗，更會對著陸器造成一定的危害。”

此外，嫦娥三號探測器采用了許多新技術(shù)，產(chǎn)品子樣少，產(chǎn)品成熟度低；而飛行程序又非常復(fù)雜，特別是近月制動、動力下降過程，對飛行時序的要求很高，需要探測器飛行控制嚴(yán)格按時序執(zhí)行，否則將影響主任務(wù)的完成。

面對諸多風(fēng)險，嫦娥三號研制團(tuán)隊(duì)早在初樣階段，就以風(fēng)險識別充分、鑒定驗(yàn)證充分、試驗(yàn)驗(yàn)證充分為重點(diǎn)，確保技術(shù)見底；轉(zhuǎn)入正樣后，又提出以“把握關(guān)鍵環(huán)節(jié)、全面量化控制、精細(xì)操作實(shí)施”為重點(diǎn)，確保產(chǎn)品可靠、風(fēng)險可控。為了確保在軌飛行過程中能及時準(zhǔn)確地定位故障，并在最短的時間內(nèi)完成故障應(yīng)對處理，研制團(tuán)隊(duì)從關(guān)鍵飛行事件和公用服務(wù)系統(tǒng)兩方面對故障模式進(jìn)行梳理，著陸器制定140余項(xiàng)預(yù)案，巡視器制定70多項(xiàng)預(yù)案，明確在軌故障的判定準(zhǔn)則和處置措施，為探測器飛控實(shí)施提供有力保障。

六大創(chuàng)新迎接挑戰(zhàn)

面對技術(shù)新、難度大、系統(tǒng)復(fù)雜等風(fēng)險帶來的巨大考驗(yàn)和一道道難關(guān)，嫦娥三號研制團(tuán)隊(duì)先后攻克了著陸減速、著陸段的自主導(dǎo)航控制、著陸沖擊的緩沖、月面熱控保障、月面移動、月面巡視過程的自主導(dǎo)航與遙操作控制等六大方面的關(guān)鍵技術(shù)。

變推力發(fā)動機(jī)破解著陸減速難題。發(fā)射升空后，嫦娥三號向著月球一路飛奔，直到設(shè)計(jì)師精心選擇的動力下降點(diǎn)。此時，如果繼續(xù)飛速前進(jìn)，嫦娥三號在著陸時就可能一頭撞在月球上，造成難以想象的后果。因此，必須讓她慢下來。

眾所周知，月球表面無大氣。所以，嫦娥三號無法利用氣動減速的方法著陸，只能靠自身推進(jìn)系統(tǒng)減小速度，在此過程中探測器還要進(jìn)行姿態(tài)的精確調(diào)整，并逐步減速以便在預(yù)定區(qū)域安全著陸。為了保證著陸過程可控，研制團(tuán)隊(duì)經(jīng)過反復(fù)論證，提出“變推力推進(jìn)系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)方案，研制出推力可調(diào)的7500N變推力發(fā)動機(jī)，經(jīng)過多次點(diǎn)火試車和相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證，破解了著陸減速的難題。

GNC系統(tǒng)新技術(shù)助力著陸段自主導(dǎo)航控制。據(jù)著陸器GNC(制導(dǎo)導(dǎo)航與控制)系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師介紹，探測器動力下降過程是一個時間較短、速度變化很大的過程，無法依靠地面實(shí)時控制。對此，GNC系統(tǒng)設(shè)計(jì)了專門的敏感器，進(jìn)行對月測速、測距和地形識別，確保了探測器在著陸段自主制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制。

著陸緩沖系統(tǒng)為軟著陸提供牢固支撐。當(dāng)探測器著陸在月面時，著陸器撞擊月面會形成較大的沖擊，巨大的沖擊力不僅可能造成探測器出現(xiàn)翻倒的可能，而且會激揚(yáng)起月塵，對著陸器造成一定危害并影響任務(wù)成敗，同時由于月球表面覆蓋著一層松軟且崎嶇不平的月壤，這些都給著陸帶來了困難。對此，研制團(tuán)隊(duì)充分考慮了月壤物理力學(xué)特性對著陸沖擊、穩(wěn)定性的影響以及月塵的理化特性等，采用特殊的材料、設(shè)計(jì)和工藝，研制出全新的著陸緩沖系統(tǒng)，解決了上述難題，確保探測器實(shí)施軟著陸過程中，在一定姿態(tài)范圍內(nèi)不翻倒、不陷落，并為探測器工作提供牢固支撐。