北京時(shí)間12月14日21時(shí)11分，嫦娥三號(hào)探測(cè)器成功實(shí)施月球表面軟著陸。我國(guó)成為世界上第三個(gè)實(shí)現(xiàn)月面軟著陸的國(guó)家。據(jù)了解，嫦娥三號(hào)在月球表面實(shí)施軟著陸是此次嫦娥三號(hào)任務(wù)的高潮，也是此次任務(wù)最大的難點(diǎn)，是任務(wù)成敗的關(guān)鍵所在。

21時(shí)，在中國(guó)首臺(tái)7500牛變推力空間發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)下，嫦娥三號(hào)從距月面15公里處實(shí)施動(dòng)力下降，相對(duì)速度從每秒1.7公里逐漸減為零。探測(cè)器在距月面100米處懸停，利用敏感器對(duì)著陸區(qū)進(jìn)行觀測(cè)，以避開(kāi)障礙物、選擇著陸點(diǎn)。12分鐘后，嫦娥三號(hào)探測(cè)器成功在月球上實(shí)現(xiàn)軟著陸。

下一步，嫦娥三號(hào)的著陸器和巡視器將分離。巡視器（即玉兔號(hào)月球車(chē)）將在月面上進(jìn)行為期3個(gè)月的科學(xué)勘測(cè)。筆者從探測(cè)器的誕生地——中國(guó)航天科技集團(tuán)了解到，為了這驚心動(dòng)魄的720秒，中國(guó)的科技工作者打造了四大利器。

利器一：GNC系統(tǒng)為落月找路

720秒內(nèi)無(wú)法人工干預(yù)，探測(cè)器落月靠的是基于對(duì)月測(cè)速、測(cè)距和地形識(shí)別的GNC系統(tǒng)。嫦娥三號(hào)GNC分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師梁俊告訴記者，GNC是制導(dǎo)、導(dǎo)航、控制三個(gè)詞的縮寫(xiě)。導(dǎo)航可以讓探測(cè)器知道自己所在的位置，制導(dǎo)可以規(guī)劃路徑，控制就是根據(jù)探測(cè)器的位置，按照目標(biāo)完成著陸任務(wù)。GNC具有感知功能，可以“看”到月面的情況，測(cè)量到落月過(guò)程中探測(cè)器的姿態(tài)、速度、與月面的距離等，同時(shí)把各種信息匯集到中心計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，再根據(jù)事先設(shè)定好的落月要求，對(duì)探測(cè)器進(jìn)行控制。通過(guò)“看見(jiàn)”、測(cè)量、計(jì)算處理、控制執(zhí)行，來(lái)指揮探測(cè)器落月。

美國(guó)“阿波羅”載人登月計(jì)劃中，“阿波羅”是依靠宇航員的眼睛識(shí)別月面障礙的。而嫦娥三號(hào)是無(wú)人軟著陸，因此探測(cè)器需要具有自主障礙識(shí)別能力。為此，GNC團(tuán)隊(duì)研制了激光三維成像敏感器，用來(lái)代替人眼，在距離月面較近時(shí)獲得待著陸區(qū)域精確的三維高程圖信息，可精確分辨月面上比較小的障礙。同時(shí)，在距離月面較遠(yuǎn)時(shí)還增加了一個(gè)光學(xué)成像敏感器，用于在較大范圍內(nèi)識(shí)別較大尺寸的障礙。這樣一套遠(yuǎn)近結(jié)合、粗精并用的接力避障策略，大大提高了著陸的安全性。

GNC系統(tǒng)包括數(shù)十臺(tái)單機(jī)、幾十套軟件，研制團(tuán)隊(duì)成員大都是博士。為了落月到12分鐘，GNC系統(tǒng)進(jìn)行了上萬(wàn)次數(shù)學(xué)仿真、成百上千次桌面聯(lián)試，以及模擬月球重力環(huán)境和月表地形地貌，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，與真實(shí)的GNC系統(tǒng)相配合進(jìn)行的多次大型地面試驗(yàn)，這樣的試驗(yàn)力度“史上空前”。

利器二：發(fā)動(dòng)機(jī)6萬(wàn)秒測(cè)試只為1200秒飛行

嫦娥三號(hào)探測(cè)器上一共有29臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，“7500牛變推力發(fā)動(dòng)機(jī)”直接決定著嫦娥三號(hào)奔月與落月的成敗，且沒(méi)有備份。月球表面沒(méi)有空氣，無(wú)法使用降落傘等空氣摩擦產(chǎn)生阻力的方式對(duì)探測(cè)器進(jìn)行減速。因此減速的實(shí)現(xiàn)只能依靠變推力發(fā)動(dòng)機(jī)。

7500牛變推力發(fā)動(dòng)機(jī)是為嫦娥三號(hào)任務(wù)專(zhuān)門(mén)研制的。它的難度有多大？據(jù)嫦娥三號(hào)推進(jìn)系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師金廣明介紹，一般衛(wèi)星的發(fā)動(dòng)機(jī)最大推力只有490牛(發(fā)動(dòng)機(jī)推力單位)，神舟系列載人飛船發(fā)動(dòng)機(jī)的推力也只有2500牛，由此看出7500牛發(fā)動(dòng)機(jī)絕對(duì)是個(gè)“大家伙”。它還能根據(jù)預(yù)定設(shè)計(jì)，進(jìn)行變推力調(diào)節(jié)，這要求發(fā)動(dòng)機(jī)必須靈活地調(diào)節(jié)動(dòng)力，讓探測(cè)器平穩(wěn)地落到月面。在擁有巨大推力的同時(shí)，還要受重量、結(jié)構(gòu)尺寸等條件限制，工作時(shí)產(chǎn)生的大量散熱還不能影響探測(cè)器上儀器設(shè)備的正常工作，其設(shè)計(jì)難度可想而知。負(fù)責(zé)發(fā)動(dòng)機(jī)研制的航天集團(tuán)六院院長(zhǎng)譚永華告訴記者，該發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)試驗(yàn)進(jìn)行了100多次，僅點(diǎn)火試驗(yàn)就累計(jì)達(dá)到6萬(wàn)多秒，就是為了確保它在軌工作的1200秒不出任何問(wèn)題。

利器三：四條長(zhǎng)腿確保落月時(shí)“站穩(wěn)”

探測(cè)器降落月面時(shí)，來(lái)自月面的巨大沖擊力將是其安全著陸的最大威脅。美國(guó)和前蘇聯(lián)探測(cè)器的軟著陸方式主要有三種：氣囊彈跳式、著陸腿式和空中吊車(chē)式。而嫦娥三號(hào)靠的是四條長(zhǎng)腿和四只大腳。

嫦娥三號(hào)探測(cè)器安裝了四條著陸腿?？蒲腥藛T在“腿骨”內(nèi)部增加了塑性變形吸能材料，在著陸沖擊時(shí)能起到很好的吸能和緩沖作用。腿部末端還安裝了臉盆大小的圓形大腳，可以保證著陸器在復(fù)雜的月球表面站穩(wěn)腳跟。其研制人員告訴記者，大量試驗(yàn)表明，即使探測(cè)器落在石塊上，或者一邊腿在石頭上，一邊在坑里，只要傾斜度不超過(guò)十幾度，探測(cè)器就不會(huì)翻倒。在地面試驗(yàn)場(chǎng)中，嫦娥三號(hào)著陸器從初樣到正樣進(jìn)行了近百次模擬試驗(yàn)。從水平面到十幾度的坡面，著陸器的修長(zhǎng)美腿均表現(xiàn)優(yōu)異。

利器四：小小密封圈研制多年

乘坐阿波羅號(hào)登月的宇航員曾在回憶錄里這樣描述初登月球時(shí)的震撼情景：月亮上沒(méi)有風(fēng)，月塵揚(yáng)起后，會(huì)長(zhǎng)時(shí)間懸浮在半空中落不下來(lái)。

由于月塵帶有靜電，容易吸附在巡視器表面或侵蝕巡視器的活動(dòng)部件，因此防塵密封圈就變得格外重要。就是一個(gè)小小的密封圈，研制人員足足花費(fèi)兩年的時(shí)間才找到合適的配方。他們對(duì)設(shè)計(jì)出來(lái)的每一種配方都進(jìn)行了高溫壓縮永久變形測(cè)試、壓縮耐寒系數(shù)測(cè)試、耐熱空氣老化測(cè)試等多項(xiàng)測(cè)試，通過(guò)數(shù)十次試驗(yàn)，終于確定了配方。由于月塵的直徑不足1毫米，甚至只有幾微米，因此必須把密封圈的尺寸做到恰到好處，松了月塵就會(huì)進(jìn)入，緊了就會(huì)被磨損，這對(duì)工藝與制作能力提出了苛刻的要求。