拂去积年尘埃 嫦三亲吻月宫

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编者按：

月宫里面的嫦娥着实寂寞了。自从1973年苏联的“月球车”2号在月面漫游后，月面就再也没有活物光临过。

40年后，月宫的尘埃终于被拂去。一个来自地球东方的“功夫小子”，不久将给力月球，在月面上腾挪散打，为月宫带来勃勃生机。这个“功夫小子”就是一辆中国制造的月球车。

月球车当然不是直接从地球开往月球的，它是被另一个探测器背上月球的。听起来好复杂呦，还是从头说起吧。

天降大任于三姑娘

嫦娥三号是我国探月工程第二期工程中发射的首个月球软着陆探测器，被它的研制者亲昵地称为“三姑娘”。

中国探月工程分“绕”、“落”、“回”三期工程，计划用15年的时间分三步完成。

“绕”，就是发射环绕月球南北极飞行的探测器，对月球进行全球性遥感探测。2007年10月发射的嫦娥一号，对月球进行了1年零4个月的探测，圆满完成了绕月探测的任务。

“落”，就是探测器（包括着陆器与月球车）在月球表面软着陆并进行巡视考察。此阶段共实施3次发射任务，分别命名为嫦娥二号、嫦娥三号、嫦娥四号。嫦娥二号为技术先导星，2010年10月发射，已成功完成任务。嫦娥三号预计于今年年底发射，它会释放月球软着陆探测器，实现着陆器原位探测与月球车自动巡视考察，开展月球区域性精细联合探测。嫦娥四号则是嫦娥三号的备份。

“回”，就是2020年前后发射可以自动返回地球的月球采样着陆器，开展月面原位探测，并携带岩芯钻探机和机械取样器，采样后，携带月球样品返回地面。供科学家研究。此阶段计划实施两次发射任务，分别命名为嫦娥五号和嫦娥六号，它们的研制工作已全面启动。

嫦娥三号任务是探月工程二期的关键任务，其工程目标是：突破月球软着陆、月面巡视勘察、月面生存、深空测控通信与遥操作、运载火箭直接进入地月转移轨道等关键技术，建立我国的深空测控网，实现中国第一次对地外天体的实地探测。科学目标是：开展月球形貌与地质构造调查，月表物质成分和可利用资源调查，月球内部结构研究，日地月空间环境探测和月基光学天文观测等四类科学探测。

嫦娥三号由一个着陆探测器和一个月面巡视探测器（月球车）组成，共携带了导航相机、全景相机、避障相机、测月雷达、粒子激发×射线谱仪、红外成像光谱仪、极紫外相机以及月基光学望远镜等8个有效载荷。中国月球车漫步月宫是其中最大的亮点。

看家本领：月面软着陆

嫦娥三号的最大看点在于，它具有两个姐姐所没有的看家本领：月面软着陆。

如果说嫦娥一号和嫦娥二号都是环绕月球飞行、从端详月球容貌的话，那么，接下来的任务就是正式对月球！登门拜访”了。嫦娥三号正是要落月探访，实施月面软着陆并释放出月球车，开展实地就位探测和月面巡视勘察。

所谓“软着陆”，是相对“硬着陆”而言的。“硬着陆”是指探测器在飞向月球的过程中以较大速度直接冲撞着陆。由于着陆速度过大，会使探测器完全或大部损坏。而“软着陆”，则是指探测器经减速装置减速后降到足够低的速度，在预计的地点安全着陆。

从技术发展角度看，月面软着陆是人类探月历程上的一个大台阶，其中的关键技术是“太空刹车减速”。如果刹车减速过猛，探测器会一头撞向月球，变成硬着陆；如果刹车减速不足，探测器会与月球擦肩而过，进入环绕太阳飞行的轨道。

切莫小看软着陆技术，它是日后探测器着陆月球并返回地球、载人飞船和航天员登陆月球并返回地球必不可少的技术基础。

为实现月面软着陆，中国研发的月球着陆探测器采用了梁板复合式结构设计和可大范围伸缩的四腿式着陆缓冲机构，并设计了高精度的分段减速悬停式自主着陆控制方案。

嫦娥三号软着陆素描：

嫦娥三号软着陆的飞行轨道主要分为运载火箭发射段、地月转移段、环月段和动力下降段四个部分。

1.运载火箭发射段：由增强型长征三号乙运载火箭直接将“嫦娥三号”发射到地月转移轨道，提供地月转移轨道的入口速度约10.9千米/秒，在距离地面高度约200千米处完成星箭分离，使探测器进入近地点约200千米，远地点约380000千米的大椭圆轨道；

2.地月转移段：即星箭分离后到达环月轨道入口之间的飞行阶段，飞行时间约120小时，飞行期间探测器根据飞行姿态进行1次—2次姿态修正；

3.环月段：着陆器到达地月转移轨道入口后，通过发动机制动减速，进人200千米高的环月圆轨道，在此环月轨道飞行一段时间并完成设备在轨测试、轨道精确测定后，再经2～3次减速变轨，进入200千米×15千米椭圆轨道。

4.动力下降段：从高度15千米开始至抵达月面的阶段。由于月球没有大气，不能通过降落伞来实现安全着陆，只能依靠发动机的有效工作实现软着陆。着陆探测器发动机从距月面15千米处开始动力下降，经过主动减速、调整接近、悬停避障、缓冲降落等飞行阶段，实现路径优、燃料省、误差小的安全着陆。

着陆探测器着陆后会伸出一个小梯子，它身上背负的一辆月球车便顺着梯子缓缓驶到月面上。着陆探测器固定在月面上进行定点探测，月球车则按照自主控制加地球遥操作的方式进行巡视勘察，它们一起将探测的科学数据传回地球。

“功夫小子”闯荡月宫

嫦娥三号携带的月球车，学名叫做“月面巡视探测器”，质量为140千克。月球车由移动、结构与机构、导航控制、综合电子、电源、热控、测控数传和有效载荷等8个分系统组成。每个分系统的功夫都好生了得，真可谓“八仙过海，各显神通”。

这个月球车，个头虽不大、功夫可不小。

模样——身插太阳翼脚踩“风火轮”

月球车的躯体是个箱形结构，个头与一台洗衣机差不多。箱体两侧各有一个太阳能帆板，用于将太阳光能转为电能；箱体上面伸出一个长着眼睛的大脑袋，上有导航相机、全景相机和定向天线；箱体尾部有很多天线；箱体腹内的“秘器”最多，包括红外成像光谱仪、避障相机、机械臂、粒子激发×射线谱仪等。

它脚踩六个“风火轮”似的移动装置，好似一辆性能优异的“越野车”，前进、后退、转弯、爬坡，样样在行。由于地月之间距离太远，如果通过地面遥控行走，效率会非常低。因此，要求月球车必须具备自动驾驶的能力，在一般情况下，可以自己决定怎么走。月球车能自主感知周围环境，自主规划行进路径，自主跨越或避开障碍，所以月球车实际上是个小型化、低功耗、高集成、高智能的机器人。

性能——耐极限温度能爬坡越障

月球车以太阳能为能源，能够耐受月球表面真空、强辐射，以及从150℃到-180℃温差超过300℃的极限温度和环境。月球车上自备“空调”系统，帮助自身散热和取暖。当月球白天温度高达150℃时，月球车的“空调”会自动给自己降温；当夜晚温度降到-180℃时，它又利用热源保温，保证月球车不被冻僵。在工作时，月球车舱内的温度可以控制在-20℃—50℃之间。

月球表面崎岖不平、土质松软，还有石块、坑洼、高坡等各种障碍物，而人们又无法预先在月球上修一条公路，这就要求月球车在行进中不能打滑撞坡，更不能坠坑翻车。月球车凭借六个轮子实现前进、后退、原地转向、行进间转向，具有20度爬坡、20厘米越障的本领，它平路直线移动的最快速度约为200米，小时，能够在着陆器3.5千米半径范围内活动。月球车曾在北京的室内实验场和距敦煌200千米外的大沙漠中做过多次行走实验。

作息——昼夜14天大干3个月

月球上的一天相当于地球上的27天多，月球昼夜间隔相当于地球上14天。漫漫长夜凄冷无比，月球车无法得到太阳光能，地球上通常使用的锂电池、氢电池等根本无法应对这种极端低温，会统统“罢工”，如果是这样车上所有的仪器就要被冻坏。好在我国研制成功了原子能电池，它不惧严寒可以连续工作30年。有了这种电池，月球车便具备了在恶劣环境中的生存能力，它能在月球上连续工作14天，然后自动休眠14天。“睡”足了，它还能自动唤醒再重新工作。

月球车的工作寿命为3个月。在月球表面巡视90天里，月球车将依靠各种先进设备对月表进行三维光学成像、红外光谱分析，开展月壤厚度和结构的科学探测，对月表物质主要元素进行现场分析。它们传回来的数据，将帮助人们更直接、更准确地破译月球的密码。

嫦三落月为何选择虹湾

嫦娥三号第一次软着陆月面，选择哪里作为落脚之地呢？

我国月球探测工程二期主要要考虑工程技术和科学价值两方面的因素，在技术方面要有利于工程实施，在科学方面要有研究价值。

从工程技术方面考虑，一是要着陆在月球正面，这样才能保证地月之间的对话，建立测控通信链路。月球背面始终背离地球，如果在背面着陆，就一定要有一个环绕月球飞行的轨道器进行通信中继，为地面和着陆器传话。第二，要找一个地势平坦、起伏较小、障碍物较少且较小的地方。月球正面分布着众多月海，选择这些平原地区将利于着陆。第三，要找一个光照充足、又不太热的地区，既满足着陆器和巡视器太阳能电池发电的要求，又不能把它们烤坏了。月球表面与地球一样，赤道光照强、温度高，白天温度最高时达130℃，两极光照弱、温度较低。因此选择月球的中纬度地区着陆，可兼顾光照和温度条件要求。

从科学价值方面考虑，一是要与以往美、苏曾经着陆的地方不同，所获得的科学数据可以互补。二是可研究对象要丰富，以获得更多的成果。

综合以上两方面考虑，经过工程技术人员和科学家反复遴选，我国月球探测器第一次在月球上的软着陆地点最终选择月球正面雨海西北部的虹湾地区。

虹湾是月球上仅次于风暴洋的第二大海洋——雨海的一个湾（月海伸向月陆的部分称为湾）。雨海，位于月球正面的西北部，是一个典型的盆地构造，直径有1250千米，面积大约86.3万平方千米，比我国的青海省的面积稍大一些，比英国和法国的两国面积的总和还要大。虹湾在雨海的西北角，具置在北纬43度、西经31度左右，它南北约100千米，东西长度约为236千米，是一个很漂亮的半圆形的湾。虹湾两侧各有一个海角，海角是陆地伸向“海洋”（月球上的平原）的尖角，这两个海角是虹湾最明显的地理特征。在地面上用小型天文望远镜很容易就可以见到一个亮暗分明的弧形构造地貌，它就是虹湾。

虹湾地形比较简单，是一大片平地，没有高山沟壑，探测器在这种地方降落比较容易；虹湾又处在月球的正面，太阳光照充足，能保证能源的供应；通信联络也比较容易。除满足工程技术方面的要求外，虹湾的科学探测价值也较高，它是单纯的平原地区，其边缘又是典型的山地和平原交界地带，岩石类型更加丰富，而且其他国家也没有对这一地区开展过着陆探测。因此，我国可望在此地区取得更多、更新的科学发现。