中国航天网邀请滕宝毅张慧解密“玉兔”巡月

航天 · 2016-11-22 18:34:25

主持人：各位网友大家好，欢迎您关注中国航天网“蓝沙发”嫦娥三号任务在线访谈，今天我们请到了两位嘉宾，为大家介绍嫦娥三号着陆的情况，他们分别是：　　航天科技集团公司空间技术研究院 嫦娥三号巡视器gnc副主任设计师滕宝毅　　航天科技集团公司空间技术研究院 嫦娥三号激光点阵器主任设计师张慧　　主持人：嫦娥三号着陆器昨天晚上安全地降落在了月球上的虹湾地区，在过去将近一天的时间里，探测器的状态怎么样？为今天的任务都做了哪些准备？　　滕宝毅：昨天是从21点11分算是正式着陆月球，之后有这么几个时间点，从大概23点45分开始两器分离，到今天凌晨4点35分，完成了两器分离，巡视器走到月面上。整个这个过程，着陆器是有11个分系统，巡视器是9个分系统，不管从哪个方面来讲，可以说都是远远好于我们的预期。咱们一般都叫圆满成功，我觉得咱们这次应该叫完美落月、完美分离，应该是这样的一个效果。　　从今天早上七点开始，一直到今天下午三点开始做两器互拍，在这个过程当中，我们的工作人员最主要的工作就是要完成一个规划，这个实际上就相当于制定了我们两器互拍的一个详细的操作流程和操作的步骤。　　主持人：昨天23点多开始分离，一直到今天早上才结束这个过程，大家都非常感兴趣到底是怎么分离的，因为看不见嘛。　　滕宝毅：两器分离大概可以分成三个阶段，在第一个阶段我们主要完成的工作就是所有的初始化，建立初始状态。在接下来就是做顶部环拍，所谓的意思就是说我们要用巡视器的机构展开了以后，用巡视器上面的导航相机对周边的环境进行成像，然后去综合判断月面的条件，到底采用什么样的分离手段，怎么样去具体实施这个过程。　　下一个阶段就是巡视器要从它最开始安装的位置自己行驶到月面转移机构上，这个转移机构是最开始折叠收拢在着陆器上的，它展开之后巡视器就要走到转移机构上去，这可以算是第三个阶段。第四个阶段就是这个转移机构要释放下去，放到月面上，然后巡视器再走到月面上去，这就整个完成了一个两器分离。　　主持人：这个过程的难点在什么地方？　　滕宝毅：应该说难点还是挺多的，最主要的问题就是说在做两器分离之前，我们对着陆器周边的环境缺乏了解，我们很难判断它下去了以后到底能走到什么样的环境上去。第一我们要判断周围的环境是否足够安全，如果我们的着陆器着陆的位置不太合适，前方有明显的障碍，或者说着陆下去了以后它的姿态偏差比较大，这个时候对分离来讲还是有一个很大的风险的。　　有可能着陆器走下去的时候翻了或者陷住了，等等的情况。但是总的来说，虽然我们准备了很多的预案，考虑了各种各样的问题，但就像刚才说的，昨天的两器分离可以用完美来形容，就是因为昨天着陆器表现就已经非常完美了，它给我们提供了一个很好的分离条件，它的落月姿态完全符合我们的预期。　　然后从后来的顶部环拍，包括之前的监视相机成像，我们看到在巡视器的方向上，它的地形平坦，没有明显的障碍，这样一来的话整个分离过程的难度也远远低于我们的期望，我们可以非常顺利、非常方便地来实施两器分离。　　主持人：着陆器和月球车将在月球上工作多长时间？它们都要做什么工作？　　滕宝毅：我们现在的设计期望是着陆器的工作寿命是一年，巡视器的工作寿命是三个月，所谓三个月就是月球上的三个月昼和月夜的转换，也就是三个月球日，这个是我们叫做一个工作寿命的设计。　　在这个任务期间，巡视器主要完成的是巡视探测，就是走到哪儿我们就考察到哪儿。着陆器我们说它是就位探测，也就是定点探测，落在那儿就动不了了，然后它基于它所在的位置开展一些工作。　　主持人：它们在工作的过程当中，还会互相有联系吗？　　滕宝毅：两者之间没有直接的通讯，都是跟地面对接的。　　主持人：为什么要选择虹湾地区作为探测地点？　　滕宝毅：我们是要考虑虹湾地区是其他国家的探测器没有去过这样的地方，这样一来它可以去考察的结论价值更高一些，可以得到更多新的知识。　　从工程的角度来说，选择虹湾地区也是有它的考虑的，一来这是我们第一次真正的落月，在落月的过程当中，首先要保证的就是它的安全性，根据我们之前嫦娥一号和嫦娥二号获取的信息，相对而言在虹湾地区的地势是比较平坦的，所以落下去的时候，相对而言安全会比较有保证一些。　　第二个就是要保证通讯的要求，也就是说它要在月球的正面，不能跑到背面去。正面具体还有一个要求，就是从它的热控的角度来说，我们希望有一个比较理想温控的调动，这样就能有一个比较理想的能源保障的条件，在这种情况下不管是纬度过高还是过低都不太合适，纬度过高的话，月午的时候更长，热控这个方面就不容易保障。纬度过低的话，能源方面不太容易得到保障，现在虹湾地区最后落月的纬度在44.1度，纬度也算是比较适中，所以综合考虑这个位置比较满足我们的工程需求。　　主持人：“玉兔号”月球车在月球上行驶，大概是什么样的速度和行驶路线？　　滕宝毅：“玉兔号”月球车在月面工作是一个天地配合的结果，就是首先来自地面应用系统，也就是说我们的科学家，他们综合我们这边探测器系统和指挥中心的硬件，然后给出一个建议的考察目标点。给出这个考察目标以后，地面完成全局的规划，然后完成整个的设计，然后去规划巡视器的移动路线，之后生成相应的遥控指令，发送给巡视器，让巡视器按照一定的指令方式去移动，这是它主要的一个工作方式。　　然后在这个过程当中，巡视器设计的最大速度，因为要保障它的安全性，同时受限于它的功率情况，所以说我们现在设计它的最大时速是200米/小时。　　主持人：以这个速度来说的话，在三个月的时间内，它最大可以探测到多大的范围？　　滕宝毅：这还要看探测的需求，因为从初期来讲肯定一次探测时间会偏长一些，而且探测的距离也要看我们能不能找到合适的探测点。也就是说我们首要的目的不是让它走多远，首要的目的还是要完成一个科学考察，在这个考察的过程当中它会越走越远。　　主持人：比如说现在在月表上遇到了障碍物，它自己能跃过去吗？　　滕宝毅：它有自主避障的能力，但是这个自主能力是需要地面开启的，比如像我们地面有一个开关一样，我们要求它现在可以启用它的自主能力了，然后再让它去进行避障的工作。　　我们现在的设计也是以完成任务目标为首要原则，所以在前期我们主要安排的还是以地面遥测为主。但是在必要的条件下，就是我们设计的任务完成的比较理想的情况下，我们会择机进行这种尝试，就是真正去有效地验证它这种自主避障的能力，我们后续会有这样的安排。　　主持人：我们都知道月球上夜晚气温在零下100多摄氏度，白天可能是零上100多度，这中间存在巨大的温差。月球也没有大气层和磁场的保护，那着陆器和巡视器如何通过这两项考验？　　滕宝毅：首先说这个热控的问题，热控的问题就是一个高温和低温的情况，首先我们看到现在我们的着陆器和巡视器上都是有金色的热包覆的，它有一个特殊材料的设计。在高温的情况下，把这个温度给它反射出去，不让它的温度升高过快，在低温条件下可以防止内部的热量大量扩散，就能够起到一个保温的效果。这是被动被动应对热控问题的措施。　　然后从主动应对方面来讲，不管是着陆器还是巡视器，它分别使用的同位素热源，可以自己产生一定的热量，然后维持低温环境下设备的保障。另外它上面还设计了一些散热的设备，在高温情况下，如果内部温度过高，有比较良好的散热能力。综合考虑，保障它内部的温度可以控制在一个合理的范围内。　　主持人：那大气磁场保护这一方面呢？　　滕宝毅：因为航天产品都面临这样的问题，比如真空环境、电子环境这样的一个情况，所以我们所有的相关部件，都是需要考虑保护罩，或者说隔离措施，都是有这样必要的保护手段的。然后从软件方面来说，我们在软件里面也会有所考虑和设计，尽可能防止辐射等问题对产品的影响。　　主持人：之前很多文章都报道过，嫦娥三号要执行几次世界首创的任务，通过上面其他国家没有用到过的载荷，一个是天文月基望远镜，还有极紫外相机和测月雷达，请您给我们谈谈这三件载荷的特点。　　滕宝毅：这个问题对于我们来说有点跨领域了，但我们也是做了一定的了解，像月基天文望远镜，它主要完成的是基于月表环境，以月球为平台做这样的一个天文观测，它的优势主要一个就是因为月球自转比较慢，所以它可以比在地球上连续更长的时间持续对一个固定的目标进行观测。　　另外，由于月球表面没有大气环境，没有这种大气的干扰，所以它获得数据的清晰度会更高，就是精度更高，获得数据的精度更高。另外就是我们现在使用的月基天文望远镜，属于近紫外波段，在地球上这个波段基本都被大气层所吸收了，但是在月球上可以做到这一点。　　严格来讲，月基的天文观测美国人在1972年的时候曾经做过，但是它跟我们的月基天文望远镜有很大的区别。一个就是当时是阿波罗16号，他们做天文观测受限于当时的安装环境和它的技术条件，只是做了一个天文望远镜，搭了一个简易的三脚架，去做一些对天体的观测。　　因为阿波罗16号在月球上停留的时间不超过72个小时，所以说它获取的科学成果其实是比较有限的。而我们相当于是有了这样的一个平台，相当于是可以认为它是一个月基天文观测，等于是一个月基天文台，我们至少有一年的工作时间，可以有更持续更全面的一个条件。　　极紫外相机它主要是观测地球等离子层的情况，它等于是一个地球的保护罩。这件事也是国外曾经在地球的轨道上做过地球的观测，因为地球轨道对地球太近了，它观测的视角比较有限，而月球离地球有30多万公里，在月球上我们可以得到一个更整体的等离子层的观测结果。　　主持人：还有一个测月雷达。　　滕宝毅：测月雷达的用途就是去探测月壤厚度和浅层月岩的一个结构情况，它主要探测的是月表和月岩浅层结构的功能。　　主持人：刚才张老师也说了，着陆器和巡视器上安了好多台相机，咱们谈一下这几台相机。嫦娥三号着陆器上安装了一台降落相机和三台监视相机，共四台微小相机，请分别介绍一下这几台相机的特点和作用。　　张慧：这个降落相机基本上是着陆器垂直于月球的时候开始开机，差不多两三公里的样子，它可以清晰地看到我们这个着陆器降到月球表面的一个实时的状态，根据这些我们可以拼接成一个动画。包括我们寻找适当的一个着陆点，还有躲避月球坑这些状态的一个过程，以及我们最后关闭这个发动机，使它稳稳的落在月球表面。　　三台监视相机主要是观察我们玉兔号的一个工作状态，它们和导航相机配合得到一个图像状况，得到一个提前预知的效果，为我们制定分离驶离的策略和决策，起到了一个很重要的作用。　　主持人：您刚才说这个导航相机是装在什么地方？　　张慧：装在巡视器的桅杆上。　　主持人：它是属于巡视器上装了两对照相机当中的一对吗？　　滕宝毅：其实巡视器上应该说有三对相机，导航相机和避障相机属于我们为完成工程目标所配备的单机产品，全景相机属于有效载荷，是用于科学考察的目标，各自的目的还是有区别的。　　主持人：一共有多少台？　　滕宝毅：在巡视器上就这三对。导航相机的主要功能就是在每次移动之前，通过导航相机对周围环境成像，这个成像可以供地面来进行决策，完成地面的规划，知道让月球车往哪个方向走，接着下来就形成相应的移动指令。避障相机它最主要的功能，就是用于巡视器自主避障，它可以独立和我们的激光点阵器配合，辅助完成自主避障的动作。　　主持人：这个激光点阵器是一个什么样的产品？　　张慧：激光点阵器是里面有一个激光的光源，通过分束的手段把它分成了16束的光点，这个光点有足够的亮度，它打到月面上可以给巡视器作为一个检验的点，定位为激光探测的模式，来识别前方的一些障碍物。　　主持人：主要是为了避障用的？　　滕宝毅：对，因为在月球上没有大气环境，阳光入射以后的散射比较少，所以在阴影区是没有什么可供这个图像识别的信息，基本在阴影区域就是全黑的效果。　　如果要是进入这种阴影比较多的区域情况下，我们仅靠正常的相机成像，是没有办法完成这种地形的识别。这个激光点阵器相当于主动光源，就是一个主动的光源，这样的话就可以通过我们打出去的激光点在月球表面的亮斑，然后主动去获知亮斑位置的高度，可以知道前方是否有障碍。其实导航相机和避障相机还有一个功能，配合机械臂工作，保障机械臂动作的安全，给地面的操作人员提供参考。　　主持人：一会儿要进行的两器互拍使用的是哪两台相机？　　滕宝毅：主要承担两器互拍角色的是巡视器上的全景相机，和着陆器上的地形地貌相机，这两个都是属于我们的有效载荷。然后它们都可以进行彩色成像，而且它们的分辨率都比较有保障，所以可能得到一个比较良好的两器互拍的效果。同时在巡视器的正面和背面，也就是正北正南两个方向，我们也采用导航相机对着陆器进行成像，也有这样的一个安排。　　主持人：这个画面可以实时传回地面吗？　　滕宝毅：这个不可以，不管是全景相机，还是地形地貌相机，或者是导航相机，因为它们属于清晰成像，所以它的数据量是比较大的，在我们正常回传的遥测通道，在遥测通道它传输的速率比较低，在这个情况下把数据传回来是比较困难的，所以为了把这些数据传回地面，我们需要安排巡视器和着陆器完成一个对地定向，它有一个对地天线，要完成天线的对地定向，通过专用的数传通道，把这些图像传到地面。　　主持人：就是跟一般的通信不是用的一条通道。　　滕宝毅：对，这个有点类似于说我们在网上下载东西的时候，习惯说大水管小水管，有的时候你可能是用手机去看一些东西，你看的流量就不能太多，但是你要是用电脑，如果你有一个比较好的wifi环境，你可以去看高清的网络视频，你如果想看到不同效果的图像，你就只能在不同的通道下去完成这样的一个工作。 　　主持人：它们拍照片的时候大概要相距多远？　　滕宝毅：十米左右的距离。　　主持人：这个时候是可以保证成像的清晰吗？　　滕宝毅：对，我们之前在地面对这个问题进行了一个论证，大概在多远距离的情况下，我们可以对对方有一个比较清晰的成像，是否可以满足我们这个清晰成像的要求。　　主持人：巡视器将在月面行走开展工作，车轮在月面上行走会产生扬尘吗？程度有多大？是否对巡视器造成影响？　　滕宝毅：关于月尘这个事儿，如果有月尘的话肯定会有影响，而且要是月尘吸附在我们光学敏感器上的话，会影响光学敏感器的工作能力。如果要是附着在我们的太阳光板上，肯定会影响我们的能源保障。　　但是我们在之前做过相关的论证，论证的结果是巡视器的移动本身所激起的扬尘是比较有限的，因为我们巡视器本身的移动速度不是很快，而且由于月球表面没有大气环境，在没有静电吸附的环境下，月尘是可以迅速落到月面上去的。而且这个事情在监视相机上也充分发挥了作用，我们在分离的过程当中，我们从监视相机上可以清晰的看到，至少在分离这个过程的时候，实际检验确实没有产生明显的扬尘，所以这个方面我们还是比较放心的。　　主持人：就是它从车上下来走的这一段都没有什么扬尘？　　滕宝毅：对。　　王佳佳：就像咱们着陆器在下降的过程中应该是有一定的影响，降落相机就会明显的看到那个尘土飞扬的画面，等到月球车驶离的过程中就没有这个效果了。　　滕宝毅：也是跟我们之前的分析是比较吻合的。　　主持人：此次嫦娥三号任务中使用了很多的新技术，这些高科技有没有哪些能应用在民用领域，服务民生？　　滕宝毅：这个话题多少有点远，因为我们毕竟还是做工程，只能说是做一些展望，像我们在巡视器上我们有导航相机和避障相机，不管在地面还是天上都需要完成这种图像的处理，地形匹配、环境感知、三维恢复，像这些技术其实在我们民用领域都是有这样的应用前景的。　　然后像类似月球车这样的一个多轮独立驱动的底盘结构，而且它是一个叫做摇臂悬架式的底盘结构，对我们地面车辆的控制会有参考意义和借鉴意义。包括它在轮器机构，它的轻小型化的设计，也是会有相应的前景。　　包括像我们相机成像的这一块，我们整个地域之间，38万公里的平均距离，我们可以在一个远距离的情况下有一个比较稳定的通讯和数据传输，这本身也是有一个很好的应用。它可能不会直接影响我们的生活，但是它可能会带动很多周边学科有一个稳步的前景和发展，就是说它是一个缓慢变化的过程，但迟早会积极地影响和作用到到我们的生活。　　主持人：大家对月球车并不是很熟悉，但是对nasa的好奇号特别熟悉，咱们这个月球车能不能改造一下研制火星车吗？　　滕宝毅：月球车和火星车肯定还是比较近了，相对于我们之前卫星和飞船，可能月球车和火星车会有更近的血缘关系，很多技术也是可以借鉴的。但是火星的环境跟月球的环境还是差异非常大的，像我们能想到的，马上能够数得过来的有明显的变化，一个是火星上会有大气变化，而月球上没有，我们可以说月球是一个比较干净的，一个没有什么杂质的环境。而在火星上既然有大气就会有风，它的气象环境是比较恶劣的，有的时候会产生风暴和扬尘，那就不像月球表面的月尘了，火星表面的扬尘肯定会对火星车有影响。　　另外月球一个昼夜是28天、29天的样子，差不多一个月的时间才经历月昼月夜的转换，而火星的温差变化也很大，它的自转周期跟地球是接近的，基本上也是差不多23、24个小时的样子，等于一个地球日就要经历一次昼夜温差大的剧烈转换。　　另外月球离我们是38万公里，而火星距离我们至少是5000万公里甚至四亿公里的距离范围，它的通讯延迟就会厉害，我们和月球之间打交道，可能就是两秒钟左右，而跟火星的话，可能就是几分钟，甚至十几分钟，二十几分钟的时间。　　这样一来的话，月球车上我们采用的这种地面遥控，去指挥它运动的这种方式，受限于地球跟火星之间的通信条件，是没有办法照搬的。必须要把月球车上的一些地面规划，相应的转移到火星车上去，让火星车更多的承担这种自主能力和自主工作，这样一来的话它的技术难度也是可想而知的。所以从月球车到火星车，假如月球车是1.0版本，那火星车可能就是2.0甚至3.0的角色。　　主持人：等嫦娥三号任务结束后，巡视器和着陆器各自的归宿如何？　　滕宝毅：肯定是回不来的，因为我们这个阶段是落，没有回的设计，所以以后我们还有新的探测器上去，如果也能走到虹湾附近的话，我们可以跟它去打个招呼。　　主持人：嫦娥三号的任务期应该也会比预期的长。　　滕宝毅：对，是这样的，我们的设计寿命是一回事儿，工作寿命是另外一回事儿，我们的设计寿命是保证最低的工程探测需求和科学考察需求，但是只要它具备这个能力，我们肯定是希望它能够给我们带来更多的数据，然后让我们做更多的分析，有更多的分析程度。　　主持人：嫦娥三号上面有这么多的载荷，完成了这样一个非常难的工程，最后整个任务全部结束之后，我们可以得到哪些科研上面的成果？　　滕宝毅：这个说起来就比较复杂了，但是从我们现在八大有效载荷的分批上来说也可以看得出来，它更多的关心应该还是对太空环境的观测，对地球的观测和对月球的了解。它最主要还是帮助我们对我们所处的这样一个环境更多的信息输入，通过这样的分析，我们可以对地球本身，包括对太阳系有更深入的认识，帮助我们了解我们这个地球家园所处的环境。　　主持人：在中国探月工程的三步走计划中，嫦娥三号完成了哪些任务？　　滕宝毅：嫦娥三号属于探月二期，它主要完成的就是月球软着陆和巡视观察。　　主持人：那嫦娥四号呢？　　滕宝毅：正常情况下跟嫦娥三号的设计要求是一样的。　　主持人：以后如果要实现取物返回，还有哪些技术问题要解决？　　滕宝毅：技术肯定是很多，如果要是从我们老百姓的角度来说，最直观的能够想到的就是从月面起飞，再次回到太空当中，回到轨道当中，这样有一个月表发射的问题，它涉及到一个月表的推进系统的问题。　　另外一个就是在月球轨道上，落的时候带的东西越少越好，这样才有利于返回。所以着陆器让它回到地球这是比较困难的，所以它会有一个月球轨道上的交会对接，这都是我们之前没有过的。　　主持人：最后再让老师帮我们介绍一下，中国未来的深空探测还有哪些方向？　　滕宝毅：深空探测这一块，之前咱们国家也有一些航天白皮书什么之类的，在深空探测这个层面，我们会逐步开展对小行星和太阳这样的一些论证和探测的设计。然后像现在不管是对火星探测，包括对太阳的探测和观测，这些方面论证工作一直都在做，但是现在确实没有一个明确的时间表，这肯定要看我们相关的一些决策部门的安排再考虑。　　主持人：好的，谢谢两位老师。

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