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中國航天人如何遙控月球“挖掘機(jī)”?
這次嫦娥六號承擔(dān)的任務(wù),是去38萬公里之外的月球背面采樣返回。38萬公里有多遠(yuǎn)?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(dá)。嫦娥六號任務(wù),相當(dāng)于在38萬公里之外遙控一臺月球“挖掘機(jī)”,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(yù)選著陸區(qū)。著陸成功,只是完成了這次月面工作任務(wù)的關(guān)鍵第一步,馬上要進(jìn)行的采樣任務(wù),更為艱巨。
根據(jù)嫦娥六號拍攝傳回的著陸區(qū)影像圖,在中國航天科技集團(tuán)五院的地面實(shí)驗(yàn)室里,科研人員迅速地還原了著陸點(diǎn)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(qū)完全一致。
這里也被稱為嫦娥六號的“預(yù)訓(xùn)練場”。因?yàn)槁湓潞,嫦娥六號并不是直接開始取樣,而是要先通過在這里進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證,并把操作指令上傳到月球后,才開始實(shí)際采樣。
在現(xiàn)場記者注意到,采樣封裝分系統(tǒng)副主任設(shè)計(jì)師金晟毅拿著一個小本子,一直在反復(fù)地翻。
中國航天科技集團(tuán) 金晟毅:本上記錄了我們之前歷來所使用的一些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和一些理論依據(jù),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(jī)”,有多難?
中國航天科技集團(tuán) 金晟毅:難度其實(shí)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(yàn)證器,在驗(yàn)證器基礎(chǔ)上,我們經(jīng)過了成百上千次的這種反復(fù)演練練習(xí),所以說才會比較有信心去執(zhí)行這樣的任務(wù)。
在這群年輕的面孔中,記者發(fā)現(xiàn)了一位熟悉的老航天人:中國科學(xué)院院士葉培建。2004年,我國探月工程立項(xiàng),當(dāng)時已經(jīng)年近60歲的葉培建擔(dān)任“嫦娥一號”衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師兼總指揮。20年來,“嫦娥”工程的每一次任務(wù),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(tuán) 中國科學(xué)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(xué)家如果最后能夠拿到月背采回的月壤來做科學(xué)研究,這將會出很多科技成果。航天的產(chǎn)品有這么一個特點(diǎn):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(xù)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(wù)副總設(shè)計(jì)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(xué)家們能夠?qū)λ_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(jī)械臂,通過表面鏟取的方式來采集月球樣品,實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)的自動采樣。為此,科研人員設(shè)計(jì)了十多個表取采集點(diǎn)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(lián)系的時間,由48小時縮短到40小時。任務(wù)時間縮短,也讓嫦娥團(tuán)隊(duì)要設(shè)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(jìn)。
中國航天科技集團(tuán) 馬如奇:采樣任務(wù)從一開始的時候,只要是你發(fā)一條指令,然后它就把整個任務(wù)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(zhí)行了。有很多中間狀態(tài)的一些遙測參數(shù)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?zhèn)骰氐谋O(jiān)控錄像上看,表取采樣的過程看似波瀾不驚,但實(shí)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(tuán) 賈曉宇:今天出現(xiàn)了一個光線比較差的情況,導(dǎo)致我們準(zhǔn)備的A方案實(shí)際上當(dāng)時精度已經(jīng)達(dá)不到要求了。
賈曉宇在任務(wù)中負(fù)責(zé)的是圖像分析和機(jī)械臂的精調(diào)。盡管做足了各種準(zhǔn)備,但降落點(diǎn)月面光線比預(yù)想的暗,影響了采樣過程機(jī)械臂操作的判讀。經(jīng)過反復(fù)精調(diào),機(jī)械臂的鏟挖精度終于恢復(fù)到了正常水平。
中國航天科技集團(tuán) 賈曉宇:我當(dāng)時一點(diǎn)都不慌,因?yàn)槠鋵?shí)除了那種方法,我們還備了另外兩種方法進(jìn)行調(diào)整,只是可能代價是時間稍微長一點(diǎn),但是其實(shí)我當(dāng)時心里是非常有底的。
中國航天科技集團(tuán) 金晟毅:雖然說是看起來很驚險萬分,實(shí)際上對我們來說也是十拿九穩(wěn)的一件事情。因?yàn)槲覀冏鲞^很多的驗(yàn)證測試,我們可靠性都能達(dá)到非常高的一種水平。
讓航天人意想不到的是,表取結(jié)束后,月面出現(xiàn)了一個“中”字。
中國航天科技集團(tuán) 賈曉宇:最開始選采樣點(diǎn)只是根據(jù)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(jù)翻出來的樣品來動態(tài)調(diào)整我們采樣點(diǎn)的位置,“中”字的斜的收筆和“中”字的頭部其實(shí)就是這樣產(chǎn)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(fā)現(xiàn)“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(chǎn)生,可能是注定中國要在月球上留下自己的印記。
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