玉兔车月球漫游故事

来源:互联网新闻 编辑:深圳凤凰网 时间:2022/07/07 09:17:48

为了在月球取得满意的成绩,玉兔车在地球经历了“长途拉练”。 (中国航天报独家供图/图)

原标题:“这是只衔着橄榄叶的兔子”玉兔车月球漫游故事

编者按

中国人为什么要巡月?

联合国月球公约上说:“月球是全人类的”,但后面还有一句话叫“谁开发谁利用,谁先到谁得益”。

此刻,绕月飞行的美国四个探测器,是最好的印证。它们每约27天进行一次亲密接触。2014年1月22日,已环月5年的美国月球勘测轨道飞行器(LRO),将第二次飞临嫦娥三号着陆区域上空。那一刻,中美航天器的物理距离只有150公里,但从技术差距上来讲,留给后来者的距离还不短。

“无论是从系统设计水平,还是平台能力,玉兔车和2004年着陆火星的美国勇气号和机遇号火星车更具有可比性,”中国科研人员对南方周末说,“我们瞄准的是美国10年前的水平。”

月球虹湾,这片面积相当于4个天津市的亘古平原,在一个又一个陨石撞击下,度量着岁月,直到等来一个格外温柔的天外来客。

在这片海拔-2640米、从没有人类涉足的虹湾,这只中国兔子,在软着陆成功7小时24分钟后,迈出了它缓慢而又没有犹疑的第一步。让它前行160秒的指令,早已在40分钟前注入。

2013年12月15日4时35分,比原计划提前1小时29分钟,嫦娥三号玉兔车踏出了第一步。“玉兔车的任务之一,是探测月球上氦-3的分布,为人类未来利用月球资源奠定基础,”探月工程二期探测器系统副总设计师贾阳对南方周末这么诠释对月球的和平利用,“这是只衔着橄榄叶的兔子。”

它所踏上的这片棱角锋利如玻璃、经受了千百万年紫外线辐射的月尘颗粒,加热到700摄氏度以上,便可从中提取到氦-3。这种在地球上只藏有约500千克的能源,经嫦娥工程探明,却在月球上有约100万吨的储量,足够人类使用上万年。

假如未来人类实现对氦-3的开发,月球将可能成为“第二个波斯湾”,那这一步兴许也将记入人类的能源史。

让人牵肠挂肚的第一步

无人登月的嫦娥三号的一举一动,都得靠北京航天飞行控制中心软件室遥控组组长于天一,7小时内他遥控发令了近600条。

2013年12月15日,让人担心的是,当玉兔车驶离转移机构时,探测器可能会挡住它与地球间的通讯链路。为了让它走出可能的通讯屏蔽区,在它走上转移机构前,延时40分钟生效的指令,被于天一注入。

在飞控中心指挥大厅,南方周末看到,68岁的叶培建院士熬了一通宵。周围人劝眼睛熬得通红的他去睡一觉,但这个探测器系统首席科学家执意等待这一刻。

2013年12月15日4时,探测器的良好姿态,排除了通讯屏蔽区存在的可能性,这让玉兔车避开一险。但新风险转瞬即至:某分系统的温度已高达115摄氏度,玉兔车是否还按计划离开探测器?

有一个人对这个“刚出生的婴儿”很有信心。她是嫦娥三号探测器系统副总指挥兼副总设计师张玉花。“玉兔车在地球经历过耐受130摄氏度高温试验。”她对南方周末说,“走!”

即使离历史性的第一步只隔40分钟,风险也在伺机而动。一旦转移机构的倾角超过30度,玉兔车就会滑落。而这取决于探测器的姿态,所幸,其倾角不到2度,风险缩回了头。

玉兔车,前进,“轮子转起来了!”。

这第一步,玉兔车走得着实小心,160秒只走出了相当于一个半车体长的路程。

在大气稀薄的月面,大气密度不到地球海平面的一万亿分之一,即使近在咫尺,你也无法听到玉兔车车轮转动的声音。

但历史改写的足音已然响起,40年无人类月球车踏足月球的空白,从此终结。

据叶培建透露,2001年,在论证“能不能在本世纪初去到月球”时,时任总理朱镕基问,“听说印度人2008年要去月亮上了,我们不能比印度人还落后吧?”2007年2月,嫦娥一号就已具备发射条件,可拖到10月才发射,这让日本抢先40天发射了探月卫星。

这一回,中国人先行一步。

在航天五院探月楼内,南方周末看到,阿姆斯特朗那著名的月球第一步的脚印特写,被挂在最显眼处。1969年,在阿波罗11号发射前,休斯敦控制中心曾跟航天员打趣地提到来自中国的嫦娥神话。44年后,玉兔不再只是神话。

“没有虚度‘兔’生”

“到现在为止,所有我们想要发生的都发生了,所有我们不期望发生的,一件也没有发生。”2013年12月24日凌晨5时,在飞控中心,贾阳以这样的话结束了和南方周末8小时的交流。

说完,贾阳匆匆往遥操作厅赶,“我心里有恐惧,玉兔能否找到休眠点。”在月夜来临前,留给他的机会仅剩两个测控弧段。

12月26日,玉兔车迎来零下180摄氏度的月夜,在这约14天的漫漫长夜之前,能否找到休眠点,关系着它的生死。

寻找休眠点,并不是“席地而眠”那么简单。玉兔车对休眠点的要求极为苛刻,最难做到的就是,车身的左右侧倾在负2度到正1度之间,这决定着其何时被太阳唤醒。

可在月球行进的路线上,玉兔车最终也没有找到完全符合要求的休眠点。

月夜无情地迫近,依旧没有找到休眠点的玉兔车,只得抖出杀手锏:刨坑。

只见它左侧车轮保持不动,右侧车轮沿不同方向打转,以此带起月壤。由此,本来过于左倾的玉兔车,向右倾斜约3度,满足了对休眠点姿态角的要求。

有了舒适的睡姿,玉兔车还得把并不圆滚滚的身体蜷缩起来保温。留在舱外的机械臂探头也不愁取暖,玉兔车上有一百多克钚238,能将不间断的热量辐射给它。这个“像擀面杖那么粗”、6厘米高的钚238圆柱体,在发射前两周,才被天文学家趴在五十多米高的发射台架上,“胸部以上悬空”,艰难地安装好。

2013年12月25、26日,两器先后休眠。

进入休眠的玉兔车,断绝与地面的一切联系。“对唤醒再担心也没用,只有等它自主苏醒了,才能恢复联系。”设计师薛博对南方周末说。

苏醒与否,部分取决于月尘这颗定时炸弹。

“月尘是重返月球的头号问题”,张玉花对于阿波罗16号航天员约翰·扬的这句话印象尤深。阿波罗11号航天员阿姆斯特朗爬上登月舱梯子时,差点被月尘滑倒。由于月尘难以清理,一套航天服经过三次月面行走,就无法再用。

太阳电池板是唤醒的关键,可“带着火药爆炸后的硝烟气息”的月尘,容易吸附并侵蚀它,使其输出功率下降。

2014年1月11日5时09分,玉兔车自主唤醒成功,而在它北方四十多米处的着陆器却还在赖床,因为它被太阳更晚照到。“月尘的影响比预想得小,玉兔车实际唤醒时间与计划时间相差仅9分钟,换算到太阳高度角只差0.05度。”贾阳说。

2014年1月12日8时21分,着陆器比预定时刻提前了14小时起床。“这应该是太阳翼功率比设计值大造成的。”一位飞控中心的工作人员说。用于科学探测的载荷比较适合在太阳高度角低的时候运行,也就是在刚唤醒和将要休眠的那段时间。“早起晚睡,干更多探测,才是劳模。”

玉兔车的设计寿命是三个月,这意味着,它在月球至少还要经历两次月夜休眠和再唤醒。“好好干,才能不虚度‘兔’生。”主任设计师席露华对南方周末说。

“是驴是马, 还得拉出去遛遛”

“警告!玉兔车陷入乱石堆中!”当前进7米的指令发出后,遥测数据显示,玉兔车只走了1米,轮子虽在转动,但却不再前进半分。这是一个贾阳设想的场景。尽管玉兔车至今平安,可在地形充满不确定性的月面,谁也不知道危险躲在哪儿。

一旦玉兔车遇险,遥操作团队就得面临艰难的抉择:地形太复杂,是否能确保玉兔车脱困?

“嫦娥三号两百多个故障方案一个也没用上。”探月工程总设计师吴伟仁告诉南方周末,“假如我们对制定的策略不放心,就得回到内场,让月球车的样机进行物理仿真模拟。”贾阳说,故障毕竟无法穷尽,意料之外的事并非不可能。

“是驴是马,还得拉到内场来遛遛。”月面现场能被原封不动地仿真出来:从顶梁上垂下来的天车,淋洒着用吉林省靖宇县火山灰制成的模拟月壤,吊索给玉兔车备份车相当于其5/6质量的上升力,以模拟只有地球1/6重力的月球环境;最后,被吊着的备份车轮子陷入刚刚造出来的坑里。

这样“异星遇险,地球救场”的好戏,在美国也曾上演过。从2005年4月到6月,美国机遇号的数个轮子卡在了火星的沙丘里。在地球上,NASA进行了超过了6周的物理模拟,以寻找最佳方法,让机遇号从沙中脱困,否则,机遇号会被永久地卡在这距离地球4亿公里的荒凉之处。

所幸,死里逃生的机遇号,一直工作至今,截至2013年5月16日,机遇号的里程数是35.76公里。

除了内场的成功验证可以让人吃下定心丸,硬朗的身板也让玉兔车无惧险情。

为防止车轮下陷或打滑,设计师提出了筛网轮的构想,让月尘可从筛子中落下。但筛网轮在地面车辆上从没应用过,产品遭到了国内轮载专家的质疑。

决定“凭试验数据说话”的巡视器主任设计师肖杰,组织团队攻关。他对南方周末说,试验结果让曾质疑他们的专家,也“不得不信服”。

可真正让玉兔车经受实战考验的,还得在“中国最像月球的地方”库姆塔格沙漠。2011年11月,试验队进驻这片中国第六大沙漠,进行为期1个月的外场试验。当地政府发动民工,修了一条15公里的公路。修矮坡、放石块、挖“陨石坑”,约3平方公里的试验场被改造出来。还建了4个玻璃房子、4个水池。

90名试验队员将这片他们栖息的板房取名为:望舒村。两年后,在航天五院任务支持中心,南方周末看到,“望舒”两字悬于每个人都能看到的墙面正中。出自《离骚》的这个词,意思是“为月亮驾车的女神”。

这群为月亮驾车的人,在此受尽磨难。大温差让队员们“白天穿短袖被沙子烫手烫脚,夜里裹着厚被子也发抖”。可更要命的是沙漠风暴。为此,试验方跟兰州军区空军协调,一旦发现危险,就请求空军支援。

离玉兔车训练的数百米外沙丘上,有几只野狼或蹲或躺,注视着这群闯入它们领地的不速之客。见多了狼,综合测试指挥王少林已见怪不怪。

沙漠里,玉兔车徐徐前移,后头跟着的大卡车以一条电缆连着它,为它供电。

伴着轰隆的发电机,负责监测数据的王少林和同事挤在车厢内,膝盖对着膝盖,空间窄得无法起身,这一挤就是十几个小时。

这是一场智力与体力的较量。连跑十几天、跑了1公里的玉兔车,长途行驶能力得到验证。

在做两器分离的组合面验证时,玉兔车从转移机构下来时,1/6重力模拟装置的软件死机,本来要跟着玉兔车一起走的吊索不动了。

可玉兔车还在往前走,随之,车身渐渐倾斜,眼看着就要从悬梯侧翻。王芳和几个工人冲上去,这个体重不足百斤的女工程师用肩死死扛住重136公斤的玉兔车。

得以继续进行的验证而后圆满通过,可王芳肩头的酸痛却连着几天未消。

“我们在地面的验证,覆盖了绝大多数月面上能遇到的情况。”贾阳说。发射前,他跟团队说,“信心来自所有我们认为应该做的,全做好了。再给我们半年,我们也不知道干啥了。”