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嫦娥四号,闪烁“江苏之光”

2018年12月09日 09:20:54 来源: 新华日报

????8日凌晨,嫦娥四号探测器发射成功,开启中国月球探测的新旅程——实现人类首次月球背面软着陆,开展月球背面就位探测及巡视探测。

????“嫦娥四号”有哪些江苏元素?为何在“月之背面”着陆进行科研活动?记者采访了紫金山天文台和南京航空航天大学专家。

????中国科学院紫金山天文台有“一双眼睛”在观测嫦娥四号的一举一动?!版隙鹚暮诺脑ざㄗ怕降闶俏挥谠虑虮趁婺霞C艾特肯(SPA)盆地内的冯卡门撞击坑。SPA是一个直径达2500千米,最深处超过13千米的超级大盆地?!敝锌圃鹤辖鹕教煳奶ㄑ芯吭奔窘战樯芩?,这是月球上已知最大、最古老、深度也最大的撞击盆地,事实上,SPA盆地被认为很可能是整个太阳系内最大、最古老的撞击盆地,这里保存了原始月壳的岩石,具有极高的科学研究价值。

????冯卡门撞击坑位于SPA盆地的中部,直径约186千米。该撞击坑是SPA盆地中典型地貌类型,物质成分和地质年代具有明显的代表性。撞击坑内的钍、氧化铁、二氧化钛等含量均较高,同时物质组成的异??占浞植伎赡芴峁└玫厍鹕交疃霸驴腔疃咚?,有利于开展月壳活动研究,并对月幔玄武岩起源研究有重要意义。艾特肯盆地底部有些区域为永久阴影区,无法见到太阳光,可能具有大量的水冰,为未来人类开发月球的理想之地。

????“同时,冯卡门撞击坑的南部地势相对较为平坦,有利于嫦娥四号安全着陆?!奔窘毡硎?,此外,月球背面非常适合开展射电天文观测,可避免地球大气和信号的干扰。

????“嫦娥四号将通过低频射电频谱仪、测月雷达、中性原子分析仪等科学载荷,探测和研究月表和月表以下的浅层区域,有利于揭示着陆区附近月壤的厚度与月壳浅层结构,以及矿物成分等,进而了解月球的演化历史?!奔窘账?,紫金山天文台参加嫦娥四号科学应用团队工作,将利用获得的探测数据开展相关科学研究。

????在嫦娥四号和“嫦娥”系列背后,有两位老少“双帅”,一位是年过七旬的中科院院士、“嫦娥”系列各型号及火星探测器总指挥、总设计师顾问叶培建,一位是“70后”航天总师、嫦娥三号、四号探测器和火星探测器总设计师孙泽洲。

????叶培建,是人们熟悉的“嫦娥之父”,南航航天学院新一任院长。2004年,我国月球探测计划的第一步——绕月探测工程启动。这是继美、俄、日、欧洲之后,第5个月球探测计划。面对一个从未探索过的领域,叶培建带领平均年龄不到30岁的团队,用3年时间先后攻克一系列技术难题,最终完成嫦娥一号卫星的研制。

????2008年,年仅38岁的孙泽洲被选为嫦娥三号探测器系统总设计师。孙泽洲是南航88级校友,1992年,从南航毕业的孙泽洲进入中国航天科技集团五院,20年间,先后参与多个型号卫星的研制任务;2004年任嫦娥一号卫星副总设计师;2008年任嫦娥三号探测器总设计师;现任嫦娥四号探测器总设计师、火星探测器总设计师。

????嫦娥四号的背后不仅有南航人的身影,更有南航科研成果的助力。在嫦娥四号探测器上面,有一个用于光谱仪驱动与控制的超声电机TRUM-30A,这个比鸡蛋还小的超声电机就出自南航赵淳生院士团队。

????此前超声电机TRUM-30A已成功应用在嫦娥三号探测器上,负责红外成像光谱仪内定标板的驱动与控制,在探月工程中发挥了重要作用?!肮馄滓强梢匀迷虑虺低ü吖馄追直媛驶袢≡虑蛭锾甯吖馄淄枷?,为精确识别月球表面的特征信息和物质分类提供服务,定标板类似于舱门,而超声电机就是定标板的一个重要‘关节’,负责控制舱门?!闭源旧樯?。

????超声电机与传统电机相比具有响应快、精度高、噪声小、无电磁干扰等优点,作为一种新型的微电机,在精密仪器仪表、航空航天、智能机器人等领域有着广泛的应用前景。对探月工程来说,减少运载器上的重量尤为重要,南航此次研制的这台超声电机重量仅46克,是同等传统电机重量的1/10,直径仅约30毫米。

????“普通电机的转速,每分钟要上千转,但光谱仪启动和关闭的速度是很慢的,如果要给电机降速,就需要加装减速部件,这将给航天器加重负担。而升空的重量控制得很严,也要尽量节约能源?!闭源旧?,他们自主研发的这款超声电机,每分钟的转速只有40转,这样缓慢的转速,只需要一级行星减速器,驱动简单,对电流的响应也很快。

????“月球背面的工作环境比地球复杂得多?!闭源旧嫠呒钦?,团队在研发超声电机时,遇到的最大难题便是月球上的复合环境:气压低、空气密度小,还有难以想象的超低温。在南航机械结构力学及控制国家重点实验室,记者看到一台硕大的机器,这是为模拟月球表面的环境,用于研究探月超声电机在真空环境的工作情况。

????“将气压降低一个数量级十分不易,实验室需要对超声电机模拟低温、高温、绝热等多组实验?!闭源旧樯?,研发团队的专家们为探月超声电机做过包括机械特性、寿命、月尘等试验100多次。通过试验,不断改进超声电机的结构和材料,如今,超声电机的工作环境已经通过-120℃至180℃验证,能够满足月球上的复合环境。(杨频萍 吴红梅 孙 庆 张 宣)

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