咱们的月面着陆器实验搞定了,长征十号七机联试也顺利过关了。我国到2030年前要实现载人登月,这事儿正在提速,那都测试了啥呀?啥理由非得挂着着陆器不可呢?
在河北怀来县的地外天体着陆试验场,有六个高耸的钢架塔,底下还系着几根柔软的钢索,吊着一个带有红色圆圈的平台状顶棚,而悬在地下的正是那台揽月月面着陆器。
随着主发动机喷出红黄相映的火焰,着陆器慢悠悠地往下走,用于姿态调节的小型发动机也偶尔点燃,帮忙确保月球车保持直立姿势,稳稳当当地着陆在月面上。
为啥要把着陆器吊着你?难不成是想测试一下月面着陆的实际情况?其实,这个试验场是在地球上模拟月球着陆的场景,实际上是在进行模拟实验。
月球上的重力只有地球的六分之一左右,揽月着陆器的发动机也只需要六分之一的推力就能在月球表面起飞。所以我们在地球上可以利用塔架和钢索搭建的机构,也叫随动系统,通过调节钢索的拉紧程度,来承受额外的重量。
揽月着陆器的发动机只需要应对六分之一的重力,就能在地球上模拟出月球的重力环境。这等于是把整个实验变成一次月面着陆器的落月模拟操作,感觉挺神奇的。
随动系统还能模拟出其他星球表面的重力,比如火星的重力大概只有地球的三分之一。这么一说,我国的天问一号探测器在火星着陆时进行的悬停避障实验,就是在这个技术基础上搞成的。
目前,揽月着陆器的悬停避障试验难度比之前的更高。天问一号是无人探测,揽月着陆器则得把航天员送到月球表面,最主要的区别就是载人。
它既是航天员登陆月球后开展月面生活的核心,也是数据传输和能源供应的中枢,不单单载人,还要搭载月球车和各种科学设备,所以在尺寸和重量上比无人探测器要大得多。再加上轨道舱,总体来看,属于二十吨以上的航天器。
所以说,不管是设计的繁琐程度,还是从月球着陆到月面起飞的整个流程,都比无人探测器难度大不少。同样,为了保证技术的靠谱,相关的实验和测试也会多出不少。
这个随动系统挺灵活的,能根据指令上下左右调整位置。在试验时,月面着陆器不会直接降到地面,而是会悬停一会儿,顺便进行月面地形识别和避障操作。
在随动系统下面的地面上,模拟出了月球表面的环境特征,比如陨石坑和岩石啥的,地形崎岖不平,只有一处算是比较平坦的地带。
着陆器在悬停的时候得辨别哪些障碍物,避开它们,然后挑选一个比较合适的地方进行软着陆。穿越三十八万公里的旅程,重量可算是最大的难题。
这款着陆器在确保结构牢固的前提下,采用一体化3D打印和钛合金蜂窝结构之类的技术,性能比国际同行的产品还要优越,推重比更高。
这款着陆器的舱门是个四角椭圆形的方块,差不多长宽九十厘米,刚好能让一个穿着飞行服的航天员进出。将来,中国的登月航天员就是从这儿走出来,借助折叠梯,一步步走到月球表面。
这个过程可能会用到在揽月着陆器舱门附近的摄像头,还有月球车上的摄像设备,全程进行直播。
飞船侧边那个方方正正的区域,就是外挂的月球车所在位置啦。那辆重达二百多公斤的“探索”月球车,能搭载两名航天员,还具备自主导航和智能驾驶的本领,折叠充电也没问题。这辆车将成为我国首辆在外星球上开的新型能源汽车,真是厉害啊。
揽月着陆器一到月球表面,航天员就会乘坐那辆月球车,在月球表面十公里左右的范围内进行采样,还会展开一些探索和实验的任务。
揽月着陆器从进行近月制动开始,到最终顺利落在月球表面,中间要经过环月轨道、椭圆轨道和着陆轨道这三个变轨步骤。
从环月轨道向着陆点逐步下降的整个过程,就是软着陆的全过程,涵盖了着陆准备轨道、主减速、快速调整、粗略避障、精细避障、缓慢下降,以及最终稳稳落在月球表面。
最为危险的环节,要数到触月关机之前那一刻。嫦娥三号的发动机在离月球表面三米左右悬停了片刻,然后就熄火了。关掉引擎后,探测器就变成自由落体般往下坠,靠着四条着陆腿上的液压系统来缓冲最后的冲击,就差那么一点点了。
要是载人的揽月着陆器这样往下走,航天员可就受不了啦。所以,降落的方式也跟嫦娥探测器不一样,改成先用着陆腿先碰到地面,然后再把引擎关掉。
按设计,只要四条着陆腿中有两条碰到月球表面,发动机就能停掉。为了尽可能减少冲击,每条腿都装备了更先进的缓冲液压系统,着陆时能让航天员感觉更舒坦、更安全。
在载人航天任务里,航天员的安稳始终放在第一位。为了保障他们的安全,揽月着陆器上的不少设计细节都是专门为此考虑的。
发动机部分用的有四台,代号是YF-36,最大推力达到7500牛。它们还能在1500牛到7500牛之间调整,推力变化五倍,灵活性挺高的。
这套发动机尺寸挺合适,整体重量不到四十公斤,是嫦娥三号、四号、五号、六号以及天问一号火星探测器着陆器的主要动力源。
随着技术的不断发展,累积的变推力控制技术让着陆的精度达到了厘米级别。虽然四台发动机相较一些无人探测器上用的单台发动机,操控起来更麻烦一些,但也因此能更灵活调节姿态,精确性更强,安全性也更有保障。
你得明白,越大越有推力的发动机,重量和操控难度也跟着长起来。所以,四台发动机经过多方面考虑之后,反而成了更靠谱的选择。
多个发动机之间形成了冗余备份,一台出问题时,其他引擎能立即接管。不管哪台发动机出现故障,都能保证航天员安全着陆,顺利返回,也正是我国载人航天的铁定安全原则。
在实验场景里,好像看不太清楚着陆器到底有多大。其实整个位揽月着陆器有四米多高,光着陆腿就差不多有两米高了。
着陆器舱里能容纳两个人,在月球表面至少住五天多了。跟阿波罗那种一次发射就搞定的方式不一样,中国的登月计划用了两枚长征十号火箭,分别把梦舟载人飞船和揽月着陆器送上去。
一枚火箭把装有三名航天员的梦舟载人飞船送到地月转移轨道,同时另一枚火箭发射揽月着陆器,两者在绕月轨道上自主会合并对接。
其中两位航天员通过舱间通道进入着陆器开始登月,第三位航天员留在梦舟飞船上,在轨道上绕月飞行,待命接应。
到2024年2月,新的月球着陆器叫作揽月,已经正式进入了初样的研发阶段。到了今年8月6日,揽月着陆器的着陆和起飞综合验证实验顺利结束,花了大概一年半左右的时间,可以说进展相当快。
目前,长征十号火箭的推进进展也相当迅速。在海南文昌航天发射场的载人登月发射工位上,进行了持续30秒的首次七台发动机联合作业的静态点火试验,验证了长征十号火箭七个发动机的启停流程。
试验顺利完成,迈出了坚实的一步,为原定2027年首次飞行更添信心,接下来无人绕月飞行的测试也让人充满期待。
按计划,2026年嫦娥七号会飞到月球南极去找水源;到2028年,嫦娥八号要建立月球科研站的基础设备。到2030年前,中国人有望真正踏上月球表面,实现载人登月的三阶段目标:环绕月球对接、在月球表面进行科学考察,以及采集样本返回地球。
从环绕月球到实地登陆,再到采集样品返回,以及载人登月,每一步都建立在稳固的技术基础之上,中国航天的发展脚步不断推进,未来一定会带来更多惊喜。
#热问计划#

