中國航天人如何遙控月球“挖掘機”?
這次嫦娥六號承擔的任務,是去38萬公里之外的月球背面采樣返回。38萬公里有多遠?如果我們乘坐高鐵去月球,以300公里左右的平均時速,大約需要53天才能到達。嫦娥六號任務,相當于在38萬公里之外遙控一臺月球“挖掘機”,難度之大在人類歷史上前所未有。中國航天人是怎么來解決這個世界級難題的呢?
6月2日早晨6時23分,嫦娥六號著陸器和上升器組合體,成功著陸于月球背面南極-艾特肯盆地的預選著陸區。著陸成功,只是完成了這次月面工作任務的關鍵第一步,馬上要進行的采樣任務,更為艱巨。
根據嫦娥六號拍攝傳回的著陸區影像圖,在中國航天科技集團五院的地面實驗室里,科研人員迅速地還原了著陸點周圍的地貌。還原后的地貌,要求跟嫦娥六號在月球表面的著陸區完全一致。
這里也被稱為嫦娥六號的“預訓練場”。因為落月后,嫦娥六號并不是直接開始取樣,而是要先通過在這里進行試驗驗證,并把操作指令上傳到月球后,才開始實際采樣。
在現場記者注意到,采樣封裝分系統副主任設計師金晟毅拿著一個小本子,一直在反復地翻。
中國航天科技集團 金晟毅:本上記錄了我們之前歷來所使用的一些經驗教訓和一些理論依據,對我們的參考作用是非常明顯的。
記者:38萬公里之外遙控“開挖掘機”,有多難?
中國航天科技集團 金晟毅:難度其實肯定是非常大的,畢竟也是人類首次,但是熟能生巧,我們都有驗證器,在驗證器基礎上,我們經過了成百上千次的這種反復演練練習,所以說才會比較有信心去執行這樣的任務。
在這群年輕的面孔中,記者發現了一位熟悉的老航天人:中國科學院院士葉培建。2004年,我國探月工程立項,當時已經年近60歲的葉培建擔任“嫦娥一號”衛星總設計師兼總指揮。20年來,“嫦娥”工程的每一次任務,他從未缺席。嫦娥四號著陸月球背面,嫦娥六號去月背采樣,都是他最先提出來的。
中國航天科技集團 中國科學院院士 葉培建:到(月球)背面采樣,這是世界的第一次。我們中國科學家如果最后能夠拿到月背采回的月壤來做科學研究,這將會出很多科技成果。航天的產品有這么一個特點:一次成功不代表次次成功,我們要次次成功,還是要付出很大的努力的。
鉆取過程持續了約3個小時,獲取了月球背面不同深度的月壤樣品。
嫦娥六號任務副總設計師 王瓊:我們是希望獲得月壤以下一定深度的樣品,并且保持它的層序,科學家們能夠對它開展研究,能夠研究月面以下的樣品的信息更加豐富。
與鉆取不同,表取是使用機械臂,通過表面鏟取的方式來采集月球樣品,實現多點的自動采樣。為此,科研人員設計了十多個表取采集點位。
這次月背采樣,由鵲橋二號中繼星提供通信支持。跟嫦娥五號相比,中繼星支持地月之間聯系的時間,由48小時縮短到40小時。任務時間縮短,也讓嫦娥團隊要設法提高采樣效率,跟嫦娥五號比,嫦娥六號在智能化和自主化方面有了很大的改進。
中國航天科技集團 馬如奇:采樣任務從一開始的時候,只要是你發一條指令,然后它就把整個任務都給連貫起來了,然后比如說像我們的觸月、采樣,然后到放樣,整個過程中只需要一條指令把它就全給連起來全部執行了。有很多中間狀態的一些遙測參數都不需要人工去判讀,智能化的軟件在后面就可以判讀了,這樣的話就效率提高了。
從月面傳回的監控錄像上看,表取采樣的過程看似波瀾不驚,但實則不少操作都驚險萬分。表取過程中,就遇到了難題。
中國航天科技集團 賈曉宇:今天出現了一個光線比較差的情況,導致我們準備的A方案實際上當時精度已經達不到要求了。
賈曉宇在任務中負責的是圖像分析和機械臂的精調。盡管做足了各種準備,但降落點月面光線比預想的暗,影響了采樣過程機械臂操作的判讀。經過反復精調,機械臂的鏟挖精度終于恢復到了正常水平。
中國航天科技集團 賈曉宇:我當時一點都不慌,因為其實除了那種方法,我們還備了另外兩種方法進行調整,只是可能代價是時間稍微長一點,但是其實我當時心里是非常有底的。
中國航天科技集團 金晟毅:雖然說是看起來很驚險萬分,實際上對我們來說也是十拿九穩的一件事情。因為我們做過很多的驗證測試,我們可靠性都能達到非常高的一種水平。
讓航天人意想不到的是,表取結束后,月面出現了一個“中”字。
中國航天科技集團 賈曉宇:最開始選采樣點只是根據表面看到的圖形選出來的,鏟挖的時候再翻出一些新的感興趣的樣品來,然后我們會根據翻出來的樣品來動態調整我們采樣點的位置,“中”字的斜的收筆和“中”字的頭部其實就是這樣產生的。本來我們可能除了“中”字之外還會多鏟幾鏟,但是最后發現“中”字的最后一筆形成以后,正好這個樣品容器也幾乎要滿了。各種意外催成了一個“中”字的產生,可能是注定中國要在月球上留下自己的印記。
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