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科普专家赵洋:“嫦娥三号”是比《地心引力》更牛的科普大戏

     来源:中国青年报  发布时间:2013-11-29

将实现我国“落月”任务的嫦娥三号已整装待发。11月26日,国家国防科技工业局举行了嫦娥三号任务第一次新闻发布会,对外称嫦娥三号“进展顺利”,12月上旬择机发射。

此前一周,好莱坞大片《地心引力》杀进中国,华丽的3D特效,太空“漫步”、近地轨道俯瞰地球和太空的别样美景,以及神舟、天宫等鲜明的中国元素,让国人提前享受了次太空之旅。

相比之下,曾在今年6月份给人印象颇深的天宫太空授课,则让人们对中国航天尤其是嫦娥三号“落月”这一真实的探索之旅充满期待。

《地心引力》只是碰上了小概率灾难,探月才充满风险

《地心引力》被一些人解读为航天灾难片,其中一颗卫星被炸所致的太空碎片是这一灾难的始作俑者——每隔90分钟来一场“流星雨”式的袭击,大凡近地轨道的太空站、载人飞船、航天飞机几乎都难幸免于难。

然而,这一灾难的缘由在现实航天活动中只是小概率事件。相比之下,像嫦娥三号这般肩负“落月”任务的探月工程才是真正的高风险。

对高风险的直观认识,可依据“工程环节、零部件多与少”判断。科普作家、中国科技馆副研究员赵洋告诉中国青年报记者,环节越多,可靠性越差。

一架航天飞机需要数百万个零部件,假设每个零部件的可靠性是99%,两个零部件的可靠性就是两者可靠性相乘的结果,约为98%。以此类推,零件越多,可靠性越小,也因此有了“美国不再发展航天飞机因其可靠性差”的说法。

至于嫦娥三号,其具体可靠性数据尚不得而知,但究其环节而言,赵洋说,运载火箭将嫦娥三号探测器直接送入地月转移轨道,探测器在轨飞行几天,近月制动将被月球捕获,进入环月圆轨道,运行几天后,嫦娥三号变轨进入椭圆轨道,再经过一段时间即可实现“落月”。其后,巡视器(俗称月球车)将从着陆器里“走”出来,并完成在月面上的巡视,如此算下来,“落月”任务比单纯的“绕地”任务多的“不只一个两个环节”。

“嫦娥”和“玉兔”将度过的每一道难关都是科普大餐

其实,不必对一部科幻片苛求太多,赵洋说,通过电影,能让青少年对太空产生兴趣足矣。而现实中的嫦娥三号及其整个作业过程,才是一场更“真实”且“经得住刨根问底”的科普大戏。

国防科工局对外称,嫦娥三号任务需突破地面试验验证,多窗口、窄宽度准时发射,月面软着陆,两器分离,月地间遥操作,月面生存,测控通信等七大关键技术。在赵洋眼中,其中每一项关键技术,都是一道丰盛的科普大餐。

以月面软着陆为例,由于月球上没有大气层,嫦娥三号的“落月”无法像《地心引力》里被一团火焰包裹着的神舟飞船那样“落地”,只能依靠科研人员采用的变推力发动机、自主导航控制技术和研发缓冲吸能部件来实现“落月”。

这其中运用到的原理就有中学生物理课本涉及的“相对运动”,以及“作用力与反作用力”,赵洋说,“看似和我们很遥远的‘嫦娥’,那样一个庞然大物,对孩子们而言,也可以通过自己所熟知的科学理论,来拉近彼此的距离。”

在人们的想象中,“玉兔”号漫步虹湾,是件十分浪漫的事情,但现实的环境是,月球昼夜温差达330℃,而“玉兔”走得也远比人们想象得慢,时速仅约200米。

这就是月面生存问题,必须保证在寒冷的月夜下着陆器和探测器不被冻坏,太阳出来时再自动唤醒开始工作。

从国防科工局对外发布的信息看,“玉兔号”月球车利用导热流体回路、隔热组件、散热面设计、电加热器、同位素热源,可耐受330℃的温差。其中一个关键的内容就是“同位素热源”,而这“拗口”的专业术语在中学阶段的课本里也有体现,即“放射性同位素”。

赵洋说,嫦娥三号所携带放射性同位素电池的热源就是放射性同位素,放射性同位素在衰变过程中会不断向外放出具有热能的射线。由于其衰变时间很长,也决定了放射性同位素电池可长期使用。

一旦踏上月球,人们还要习惯使用天文单位。赵洋告诉记者,以地月38万公里的距离来计算,光速距离不到两秒钟,但就在这么“短短”的天文单位里,如何让“玉兔”号行走,即实现月地间遥操作,将用到包括人工智能、计算机、电子学等在内的多个领域的原理,这些都值得中学生关注。

虽然现实中的航天活动,无法像电影那样过多展现太空美景和惊心动魄的生死情节,但在赵洋看来,对中国青少年的科普,点燃兴趣只是第一步,如果知其然而不知其所以然,则只是一场娱乐而不能称之为科普。从这个角度来说,嫦娥三号这场科普大戏很值得期待。