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开启中国探月新旅程 嫦娥四号闪烁"江苏之光"

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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。“嫦娥四号的预定着陆点是位于月球背面南极–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。”中科院紫金山天文台研究员季江徽介绍说,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,同时物质组成的异常空间分布可能提供该地区火山活动及月壳活动线索,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。”季江徽表示,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。”季江徽说,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。“光谱仪可以让月球车通过高光谱分辨率获取月球物体高光谱图像,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。”赵淳生介绍。

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。”赵淳生说,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。”赵淳生告诉记者,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。”赵淳生介绍,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。(通讯员 杨频萍 吴红梅 孙 庆 张 宣)

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责任编辑:陈慧伦
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