主持人：各位网友大家好，欢迎您关注中国航天网“蓝沙发”嫦娥三号任务在线访谈，今天我们请到了两位嘉宾，为大家介绍嫦娥三号着陆的情况，他们分别是： 航天科技集团公司空间技术研究院 嫦娥三号主任工艺师 易旺民 航天科技集团公司空间技术研究院 嫦娥三号着陆器GNC软件项目经理 王佳佳 谢谢两位老师来我们的中国航天网作客，帮我们解答一下嫦娥落月的问题。今天晚上20点59分，嫦娥三号将开始实施月面软着陆，先介绍一下从嫦娥三号12月2日凌晨发射到现在抵达距离月球表面约15公里的位置，这个过程中都经历了哪些重要的节点？ 
访谈嘉宾 易旺民 易旺民：我简单讲一下，从发射到现在应该是经历了这么几个比较重要的阶段，第一个是从发射以后，一个要进入地月转移轨道，即地月转移阶段。第二个阶段就是从地月转移到第一次制动，进入环月轨道。第三个重点阶段就是从环月轨道进入100公里×15公里的椭圆形轨道。 主持人：中间先进入这个环月轨道，然后再进入椭圆型的轨道，这两次轨道的变轨操作有什么难点？或者说这个中途的变轨是怎么操作的？ 易旺民：进入环月轨道它是一次制动，就是一次成功，然后从环月轨道到一百公里的椭圆轨道是在背面制动，所以这两个对我们整个探测器来说是一个很大的难点。 主持人：那中途变轨修正是怎么实现的？ 易旺民：轨道的修正来说，一般都是通过我们的发动机进行轨道的调整和修正。 主持人：一般像咱们这种，在月球上的探测器的话，需要几次轨道的修正？ 易旺民：一般来说这种大的轨道，它的次数是根据它的需要进行调整的，主要是有两次关键性的，就是中间有几次因为轨道修正的比较好给取消了，每个阶段有一次主要的修正。 主持人：如果每次修正比较成功的话，就会取消下一次修正是吧？ 易旺民：对。 主持人：我们都知道嫦娥三号探测器10日成功进入15公里×100公里的椭圆轨道。对于已经近在咫尺的月球，嫦娥三号为什么还要绕月飞行4天后才着陆？ 易旺民：因为整个嫦娥三号着陆器它落月以后，它的一些设备需要工作，这个时候它需要用蓄电池来进行供电，它在100公里×15公里的椭圆轨道上，需要在这个轨道上找蓄电池进行充电，把蓄电池充满电需要四天时间。 主持人：我们都知道从15公里的近月点到月面的降落，是整个任务当中最关键的难点，为什么说这一部分的难度系数是最大的？ 
访谈嘉宾 王佳佳 王佳佳：首先要在这个点上速度能刹下来，这一点很关键，将关系到我们能不能落在预想的区域里，然后继续往下落，就是选择到这个着陆区之后，虹湾这个地区它基本上是平坦的，但其实里面的一些局部地区也有一些坡度，这些也都是存在的，所以往下再怎么选择一个良好的着陆点，这也是很有难度的。 主持人：从15公里到最后的下落大概需要多长时间？ 易旺民：720秒。 主持人：它的速度怎么样？ 易旺民：速度变化从1.7公里/秒一直到零，这是它最好的一个缓速下降阶段。 主持人：它的姿态方面有调整吗？ 易旺民：从100公里×15公里的椭圆形轨道，到这个主减速阶段它的姿态要有调整，要改变俯仰角，它是垂直落下来的，所以它的姿态也要调整。 主持人：之前我还看到有专家说这个软着陆是一个不可逆的过程。 易旺民：刚才说了这个软着陆的时间是720秒，在这个时间之内它的速度变化也很快，从1.7公里/秒到零，在这个时间段内人是不可能干预的，所以它整个下降的过程都是靠导航控制的系统，一旦启动了软着陆的过程，就是不可逆的。 王佳佳：我是觉得就像刚才说的这样，整个的系统都是自主导航控制，如果真的有什么问题的话，燃料也不足以支撑我们再重来一次。 主持人：所以必须要一次成功，嫦娥三号下降的时机是怎么选择的？ 易旺民：它主要是综合几个角度考虑的，在月球表面它没有空气，它的温度变化很大，在月昼温度太高的时候对它有影响，所以我们选择了它的一个着陆时间，就是尽量在避开月昼温度最高的点。 但是从另外一个角度考虑，希望它降落以后，因为我们的蓄电池需要充电，对太阳的高度角有要求，要保证它的充电效率，借助这种温度不太高的机会，软着陆以后又能够给探测器充电。 另外我们也想让整个探测器在月昼工作的时候尽量长一点，所以我们选择现在的地球时间是20点59分，我觉得此时的月球相当于地球早上八九点的样子，或者七八点的样子，这个时候温度也不高，落下去以后它很快就能够充电，充完电以后工作的时间可以比较长。 主持人：之前有报道说嫦娥三号动力下降的过程分为六个阶段：主减速段、快速调整段、接近段、悬停段、避障段和缓速下降段。请专家帮我们简单介绍一下各个阶段大概是什么样子？ 易旺民：主减速段主要是进行主减速，探测器进行一个减速阶段，就是从1.7公里/秒降到接近零的一个比较小的预定区内。快速调整段跟主减速段和接近段，是两个阶段的一个互动阶段。这个阶段主要是，刚才主减速段是从15公里到3公里，快速调整段是从3公里到2.7公里，这个阶段主要是进行一个调整和试验，它的姿态也会进行一些适当的调整，接近段主要是从2.7公里到100米，这个阶段是用光学成像敏感器进行避障。 下一个阶段是悬停阶段，悬停阶段主要是进行避障物的一个精检测，看看我们预定的着陆点，看有多少个大的石头，多少个月坑，就是这些事情，这个阶段主要是用三维成像敏感器。就是看这个着陆的区域有多少障碍需要避开。 第五个阶段应该就是避障段，避障段就是从一百米到三十米，这个阶段主要进行避障，精确选定过的理想着陆区。最后一个阶段就是缓速下降段，一直到接近两米左右。 主持人：速度是多少呢？ 王佳佳：应该是每秒两米左右。 易旺民：两米每秒左右的速度，一直到触地的时候。 主持人：在落月过程中，嫦娥三号上的7500牛发动机将发挥非常重要的作用，这台发动机是由中国航天科技集团公司负责研制的，它有什么先进之处？和传统的发动机相比有什么不同呢？ 易旺民：因为在整个的地月转移、轨道修正，包括动力下降段，它的发动机的性能，包括对推力提出了一个比较高的要求，要求有1500牛到7500牛的范围，传统的发动机是根本实现不了的，所以它具有大范围的调节。 另外一方面从它的可靠性来说，因为整个燃烧对7500牛的发动机可靠性也很高，所以7500牛的发动机，在这方面是填补了国内的空白，在国际上也是先进水平。 主持人：就是说它可以随时进行推力调节是它最先进的地方是吗？ 易旺民：对，它是无级调节的，是光滑的。 主持人：我们知道嫦娥三号着陆器在距离地球38万公里的月球上工作，在这么远的距离科研人员是如何对它进行控制和通信的？还要控制它进行一些操作，这是怎么实现的？ 王佳佳：这个首先是我们测控站，现在是全球定位，而且这一次又加了两个探测网，只要这个探测是通的，我们可以通过注入遥控指令，可以控制探测器的工作。 主持人：不需要中继卫星吗？ 易旺民：不需要，刚才咱们也讲了，咱们在深空探测中的探测器，有比较好的测距功能，测量范围也很大。 主持人：为什么嫦娥三号要选择虹湾作为着陆区？ 易旺民：整个项目立项的时候，一共有五个着陆点，那么选择五个备选地点的时候，主要是从以下几个要素来考虑的：第一个就是它的热控。月球跟地球一样，纬度越高温度就越低，这是从热控的角度来说的。 第二是光照，就是太阳光日照的角度，纬度越低，太阳的高度角越好，蓄电池充电效率越高。 第三个叫质量瘤，从月球表面来说坑坑洼洼，探测器在这个分析的过程中对测控就会有影响，希望这个着陆地与月球表面的质量瘤距离越远就越好。还有一个好的因素就是测控，希望它的测控幅度和测控的效果比较好。 基于这几个因素，排在第一位的主要是热控的角度，因为热控很复杂很难，第二个就是日照，第三个是质量瘤，这个权重是这么排的。综合打分以后，虹湾它的综合得分是最高的，所以我们选择了虹湾。 从另外一个角度，虹湾周围是有月海，以及一些坑，对科学探测的角度来说处于交互的地方，有更多的科学探测的意义，所以我们就选择了这个地方，还有一点就是别的国家也没有去过。 主持人：这个虹湾大概是一个什么样的地形地貌呢？ 易旺民：它的区域是一个南北宽91公里，东西宽是350公里的一个区域，它是一个比较平的区域，相对而言它里面的月球坑比较多，但是都比较小，大的石块比较小，因为大的石块在着陆的时候对探测器有较大的影响，还有它的坡度大部分都是很小的坡度。 主持人：它相当于是在北半球和西半球是吗？ 易旺民：可以这么理解。 主持人：这个面积如果量化的话是一个什么样的面积？ 易旺民：2.7万平方公里，可能比北京市要大一点。 主持人：我们知道之前“嫦娥二号”获取的7米分辨率全月图，以及分辨率1.3米的月面虹湾局部影像图，这些图片对“嫦娥三号”实施登月计划有什么样的意义？ 易旺民：这些图片对它的着陆场和着陆区域的选择，应该说是有非常重要的意义。从7米的月球表面传过来的图来说，进行一个区域的选择，因为它的整个虹湾是全覆盖的。分辨率是1.3米的成像来说，我们通过嫦娥二号的图像分析得到两点结论，第一点结论是在虹湾地区月坑和大石头相对而言比较少，另外一方面就是它的坡度小于五度，这个数据的分析结果，跟美国的分析结果是一样的，这也进一步验证了我们的数据跟国外的数据是一样的。 进一步来说，我们在刚才讲的虹湾地区面积是91公里乘350多公里，事实上1.3米的这个成像是91公里乘12公里的窄条里面，在这个窄条里面我们发现了三个着陆的安全区，每个安全区里面一米以上的石头比较小，坡度角小于五度。 这个地方是一个非常适合嫦娥三号降落着陆的地方，嫦娥三号在这儿降落又比较安全，可科学探测的目标又比较多，所以它对我们最终的着陆提供了一个非常直接的一手资料。 主持人：所以就成了嫦娥三号最终降落的三个安全区里的其中一个是吗？ 易旺民：这三个安全区作为我们这次着陆的首选，但是整个下降的过程，包括轨道的控制精度，各方面还有很多惯性。 主持人：刚才咱们说的1.3米分辨率的精度，是不是他们都能看清楚了？ 易旺民：比较大的可以看清楚。 主持人：虹湾地区较为平坦，但月球表面仍然存在坡度、石块等不确定地质条件。它如何最终选定在一个安全的地点降落？ 易旺民：可以说是两个阶段，一个是从2.7公里到100米的距离，因为这个阶段主要是靠光学敏感器，就是大概看一下这片区域，可能分辨率并不是特别高，但是这个地方哪个地区相对而言更适合着陆，就先往那个地方飞过去。 然后在100到30米的避障阶段，就是三维成像，它是一个避障，这个时候我就在这个阶段选择一个石头比较平整的地方降落。我主要是靠两个阶段来做这个选择的时期。 王佳佳：悬停那个阶段，用成像找到比较安全的一个点，那个地方就是可以看到到底是哪里比较合适。 主持人：就是在悬停的阶段，通过我们的GNC系统，还是三维成像系统？ 王佳佳：三维成像判断出这个点，我们就可以知道它是一个安全的着陆点。 易旺民：三维成像就是我们的眼睛。 王佳佳：然后通过一些算法就可以判断出来。 主持人：嫦娥三号在月面软着陆和神舟飞船返回舱返回地面都是航天器着陆，这两项技术有什么共通之处吗？ 易旺民：神舟飞船的着陆和嫦娥三号的着陆都叫软着陆，但是我先讲一个不同点，飞船着陆地球是因为大气，就是它的主减速阶段，它是靠降落伞减速。嫦娥三号的主减速阶段是靠7500牛进行制动，这肯定是一个最大的不同点。但是也有几个相同点，飞船降落的时候有三个推力器，就是反向推，进行进一步减速，有点类似7500牛一样的。 第二方面就是整个飞船，它的减速阶段也有一个叫被动的反冲机构，装在航天员的座椅下，就是快降落的时候，他的座椅是弹上来的，降落的时候他就可以吸收冲击的能量。咱们嫦娥三号刚才也讲了，嫦娥三号的着陆反冲机构，探测器从30米往下落的时候，它通过着陆反冲机构吸收它冲击的能量，另外防止探测器陷到月壤里面去。 主持人：其实更多的还是不同，因为一个是在没有大气的情况下，一个是在有大气的情况下。 主持人：迄今为止，世界上发射并成功运行的月球车有哪些？它们都是用什么方式登陆的？ 易旺民：因为美国阿波罗飞船达到17艘还是18艘，应该是第11艘达到了载人登月。它的着陆方式确实跟我们有点类似，但是它的尺寸更大一点，所以还是会有些差异的。 苏联也打了十几个探测器，他们一直到第八个编号的探测器才着陆，它是直接入轨的，但是它对探测器本身的制动可靠性也比较高，风险很大，后面从11个到18个都是采用跟咱们类似的方式。 主持人：地外天体软着陆技术有哪些难点？ 易旺民：我认为主要有三点，第一点就是它的主动下降阶段，对我的推力器，就是发动机要求比较高，就是刚才说的7500牛，对无级调速的要求都很高，这就是最大的难点。 第二个，在下降的过程它是自主导航，在38万公里自主导航这是很困难的。第三个难点就是着陆返航系统，它本身着陆在这个点，可能将近有1.3吨到1.4吨的重量，要落下去，又要不影响我的探测器性能，那么对我的着陆探测器的本身设计也是一个难点。 嫦娥三号的本身重量是将近4吨，一次制动燃料消耗了一部分，下降阶段又消耗了一吨多，最后的时候干重大概是探测器的三分之一，也就是一吨多一点，所以降下来的总重量，我感觉应该是1.3吨或1.4吨。 主持人：如果这次嫦娥三号成功登陆的话，是否意味着嫦娥三号任务已经完全掌握了这种技术？ 易旺民：当然了。 主持人：最后再问一个问题，明天就要进行两器互拍，在这之前还要做哪些准备？ 易旺民：在之前做准备的时候，第一是着陆器的太阳翼打开，“玉兔”号月球车打开自己的太阳翼，给上面的蓄电池充电。接着它里面的一个桅杆会树立起来，桅杆上面有四个相机，上面可以拍照，拍完照以后，接着“玉兔号”和着陆器分离。玉兔从着陆地点走向月球表面，然后玉兔再转180度反过来给着陆器拍照，接着着陆器也要给玉兔拍照。 主持人：相当于这次嫦娥落月任务都已经成功了。 易旺民：对。 主持人：好，谢谢两位老师。 |
