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    發布日期:

    01月11日,2019年

    甬助嫦娥 月印三江 ——月背探秘的寧波力量

    嫦娥四號翩落月,從此廣寒不再寒。

    沉寂了幾十億年的月球背面,終于迎來第一位地球訪客——嫦娥四號。1月3日,嫦娥四號在飛越38萬公里,跋涉近1個月后,成功踏足月球背面。

    在這臺人類史上里程碑式的大戲幕后,無數中國航空航天與科技工作者付出了畢生的努力與熱血,其中就有一支不可或缺的寧波力量。

     

    奔月

    50多年,他只干了這一件事

    2018年12月8日凌晨2時,“月亮城”四川西昌。搭載著嫦娥四號探測器的長征三號乙遙三十火箭點火升空,開啟了人類首次月球背面軟著陸探測之旅。

    火箭升空19分鐘后,器箭成功分離,嫦娥四號成功進入近地點約200公里、遠地點約42萬公里的地月轉移軌道。相比發射嫦娥三號時,這次火箭設計入軌精度提高了30%以上。

    2000多公里之外的北京,余夢倫院士第一時間收到了捷報,懸著的一顆心終于放下。

    據了解,護航嫦娥四號奔月的火箭——長征三號乙遙三十,是由中國運載火箭技術研究院總研制的。而承擔運載火箭彈道設計的班組正是由甬籍中科院院士、中國航天事業奠基人之一余夢倫領銜的“余夢倫班組”。

    “火箭發射不能保證百分之百成功,火箭發射時面臨劇烈的振動力學環境,雖然近十年來,火箭發射成功率迅速提升,可風險還是有的。”余院士說。

    運載火箭的彈道設計是火箭核心參數的基因和靈魂,由于精度要求高和計算量大,彈道設計被稱之為火箭發射設計中“總體中的總體”。余夢倫,是這個班組的第五任班組長,此后被授予“終身名譽班組長”。

    1960年,從北京大學數學系畢業的余夢倫,走進剛剛組建的國防部第五研究院,加入了最基層的班組彈道組,參與了************顆火箭的彈道設計工作。此后50多年間,他就干了一件事——給導彈和火箭設計“******飛行路線”。

    從東風一號、東風二號,到長征一號、長征二號,到神舟一號、神舟二號,再到后來的“嫦娥”奔月、“神九”“天宮”太空牽手……余夢倫和他的班組為中國進入太空的每一步,設計出了最美麗的飛行軌跡。

     

     

    探月

    為嫦娥擦亮眼睛

    “嫦娥四號”降落相機所使用的“眼睛”,則是由浙江大學研發,寧波上市公司永新光學生產的。

    據永新光學方面介紹,由于太空環境特殊,充滿輻射,“嫦娥四號”降落相機的鏡片材料極為特殊,是防輻射玻璃。它的鏡筒,則由鈦合金制作。這保證了在太空極端環境下,“眼睛”的高清晰成像質量。

    另外,因為在地面組裝的鏡頭內部會有空氣,進入到太空的真空環境中,鏡頭里面的空氣會和外部環境形成壓差造成變形,導致像質下降,甚至破壞。為此,鏡頭上專門設計了透氣孔,使鏡頭的內外部環境達到平衡。

    為了確保高質量成像,永新光學的制造團隊對每道工序都經過了不計其數的試驗。

    “必須要做到極致。如果其中一個環節出現問題,就會導致整個鏡頭‘罷工’,為了確保萬無一失,要應用先進技術讓衛星光學鏡頭集防輻射、防震、抗溫度劇烈變化、防塵等功能于一身。”永新光學總經理毛磊介紹說,為了這只“眼睛”,他們曾經用了5年,做了100多只鏡頭,記錄下了每個零件、每道工序的詳細數據,最后積累下了上萬套的資料和數據。

    其實,這不是永新光學第一次制造探月“眼睛”。

    早在2010年“嫦娥二號”發射時,永新光學與浙江大學一起研制的3臺監視相機和一臺降落相機的鏡頭,便搭載其上。而此次“嫦娥四號”的這只“眼睛”,也曾經應用在“嫦娥三號”上,記錄下了“嫦娥三號”在月球表面降落時驚心動魄的6分鐘。

    永新光學還參與了“鵲橋”號中繼星光學相機鏡頭的制造。該相機系統也是“鵲橋”號中繼星上唯一的相機系統。“鵲橋”號中繼星為“嫦娥四號”的著陸器和月球車提供地月中繼通信支持。

    此外,王建宇團隊還為首次到達月球背面的月球車裝上了“紅外眼”——紅外成像光譜儀。月球車走到哪里,這雙“眼睛”就看向哪一片月面。通過獲取精細光譜信息,這臺儀器可以幫助科學家識別月壤及月面巖石的成分。王建宇介紹,嫦娥四號紅外成像光譜儀不僅集成最新遙感技術,還成功實現輕小型化,重量不到6千克,綜合性能優于歐美同類產品。

     

    登月

    “我們是睜著眼睛下去的”

    2019年1月3日,嫦娥四號探測器來到了月球背面南極-艾特肯盆地內的馮·卡門撞擊坑上空,準備進行人類首次月球背面軟著陸。

    要完成這一壯舉,讓嫦娥四號探測器找到合適的位置、平坦的表面著陸,則少不了嫦娥四號探測器上裝備的激光測距敏感器和激光三維成像敏感器。

    負責研制這兩樣設備的是中科院上海技術物理研究所王建宇院士團隊。王建宇是浙江寧波人,本科畢業于原杭州大學物理系。

    據王建宇介紹,激光測距敏感器仿佛一臺高性能“倒車雷達”。在嫦娥四號著陸器距離月面15千米高度時,激光測距敏感器就開始工作,每秒向月面發射兩次激光脈沖。通過測量月面回波脈沖信號與激光發射脈沖信號的時間間隔,獲得嫦娥四號著陸器相對于月面的精確距離,測量精度0.2米之內。

    “在著陸器下降到距月面約8千米時,姿態發生調整,激光測距敏感器也將隨之切換測距方向,直到完成平穩落月。”王建宇說,嫦娥四號激光測距敏感器的激光光源、探測器、高壓電源等核心元部件均為國產自研,并進一步提高了系統的集成化、輕量化程度。

    而激光三維成像敏感器則幫助嫦娥四號解決“往哪里落”的問題。“雖然預定著陸區艾特肯地區較為平坦,但表面仍然存在高坡、隕石坑、大石塊等諸多不確定因素,所以精確避障極為重要。”王建宇說。

    嫦娥四號到達距月面100米的懸停位置時,激光三維成像敏感器開始工作:采集月面的三維圖像,將高于15厘米的石頭或低于15厘米的坑識別出來,確保探測器降落在安全區域。如此精細的掃描成像的工作,在短短幾秒內就完成了。

    值得一提的是,我國在幾個航天大國中較早地把激光三維成像技術應用于月面著陸,目前應用非常成熟。探月工程總設計師吳偉仁院士曾形象地說:美國人登陸月球是閉著眼睛下去的,我們則是睜著眼睛下去的。

    嫦娥四號的“關節”也是寧波檢測的。據兵科院寧波分院介紹,探測器上的關鍵閥體是由該院負責檢測,為“嫦娥”順利探月提供了保障。

    關鍵閥體相當于探測器的“關節”,從入軌后的變軌、飛船姿態控制、避障、懸停、緩速降落的全過程,都由各種關鍵閥體協同工作下完成。

    嫦娥四號上有近百個閥體,由電子束焊縫焊接,多數直接暴露在宇宙復雜的環境中,容不得一點細微瑕疵。這對檢測儀器精度和人員技術提出了更高要求。通過20余年的經驗積累和自主創新,兵科院寧波分院理化檢測中心研發出高精度工業CT檢測技術,保證了這些關鍵零部件的質量及可靠性。

    不僅如此,此前,該團隊還先后為神舟系列、天宮一號、天宮二號、嫦娥系列等國家航天產品進行了檢測。此外,國內首條自主知識產權的磁懸浮專列、杭州灣跨海大橋上的關鍵部件,也是由該團隊負責質量把關。

    作為我國最早開展工業CT檢測應用的單位,該院還牽頭制定了該技術領域的國家標準、國家軍用標準,填補了國內該技術領域的空白。

     

     

    新聞鏈接

    寧波的航天力量

    在整個中國航天發展進程中,寧波籍的院士科學家與寧波“民參軍”企業一直在默默奉獻著。

    這次承擔激光測距敏感器和激光三維成像敏感器研究的負責人王建宇院士,在2016年就承擔了全球首顆量子科學實驗衛星“墨子號”發射的總指揮。

    而出生于鎮海的樂嘉陵院士,則是中國航天的空氣動力學專家。長期從事超聲速氣動地面試驗設備的研制及戰略武器、運載火箭的氣動理論和實驗研究,取得了一系列重大研究成果。

    還有余姚人、中國工程院院士俞夢孫,是我國航空生物醫學工程的創始人,航空醫學與生物醫學工程專家。1958年,他參與研制成功我國第一臺航空醫學遙測裝置,首次對飛行于3500米高空的飛行員進行遙測,開創了我國航空生物醫學工程研究事業。

    而在2016年中秋之夜,天宮二號成功發射的背后,也有我市企業的身影。在發射前為天宮二號航天員系統提供高純度氧氮混合氣體的是一臺增壓混氣氣源車。這臺車的研制任務就是由寧波星箭航天機械有限公司完成的。

    此外,天宮二號空間實驗室中的控制伺服電機的核心組件所使用的磁鋼是由寧波科星材料科技有限公司所生產的。天宮二號到達預定軌道后,提供電力的太陽能電池帆板會打開,這個動作正是由電機控制進行的。

     

     記者 樂驍立 王婧

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