“嫦娥”奔月前测试：吉林火山灰搭模拟“月宫”

嫦娥三号监视相机传回的月球表面彩照。新华社发

科技人员在试验场内进行月球车爬坡测试。(航天科技集团供图)

测试现场。(航天科技集团供图)

　　概括起来，“落月”和“巡月”是嫦娥“三姑娘”此次月亮之行的两大任务，也就是月面软着陆和月面巡视勘察。嫦娥三号总指挥张廷新指出，这两大任务要求嫦娥三号探测器攻克多项关键技术，包括月面软着陆、两器分离、月地间遥操作、月夜生存、测控通信及地面试验等。嫦娥三号的新研产品所占比例高达80%，而一般卫星只有20%至30%，参与单机研制的单位有230多家，这还不包括多家参与合作的高校。

　　搭建“月宫” 煞费苦心

　　用吉林火山灰模拟月壤

　　落月点的状况到底是怎样的？这是嫦娥飞天之前，研制人员思考最多的问题之一。虽然嫦娥二号获取了大量的月表图片，但月面下有没有“陷阱”？又如何让嫦娥三号平稳地落到月面上？

　　为了消除对落月点状况的不确定性，研制人员建立了包括月表地形地貌模型、月尘模型在内的多个模型，同时为嫦娥三号量身定制了多个专项试验。为了模拟月球环境，还造出了一个“月宫”，这可不是一个简单的工程。仅仿真月壤就让研制人员走遍了全国，最后决定选用吉林靖宇县龙湾火山群的火山灰。

　　在“月宫”内，研制人员铺上几十厘米厚的模拟月壤，还特意在上面铺石块、刨坑、构造坡度等，然后让月球车在上面行走，并借助六分之一重力吊索，实现了低重力环境下月球车重量的减轻。

　　由于仿制的月壤轻且疏松，月球车车轮从上面行走时，整个场内都弥漫着灰尘。夏季做试验时更难熬，温度可达到五六十摄氏度，粘在试验队员身上的灰尘与汗水混在一起，变成了泥糊糊。就是在这样的试验环境下，研制人员对月球车进行了成千上万次的测试。

　　沙尘暴里架起百米试验台

　　内场试验的完成并不代表万事大吉，外场试验必不可少。地点选在哪里，试验队员可谓煞费苦心。他们发现，西北沙漠中沙子的力学特性比较接近月面。

　　“试验时，参试人员都住在临时搭建的简易房内，有时夜里遇到沙尘暴，头部要裹得严严实实。即使这样，早晨起来，被子上、桌子上、地上全是沙子，足足能扫出半脸盆。”张廷新回忆道。研制人员在试验场搭起高100米的试验架。“沙漠中的营地好像是海上的威尼斯，迈出房门便无处落脚”。试验队员就是在那里进行了长达数月的沙漠之旅。

　　动力系统 技术精尖

　　29台发动机为嫦娥提供动力

　　嫦娥“三姑娘”在落月过程中演绎曼妙舞姿，而背后的“舵手”是发动机，就像人的心脏，给嫦娥提供强大的动力。嫦娥三号探测器上有多少台发动机？答案是29台，而其中7500N变推力发动机直接决定着嫦娥三号奔月与落月的成败，且没有备份。

　　月球，素有人类探索深空的“前哨”之称，但前往这个“前哨”的途中充满了艰辛和风险。此前失败的探月任务中，大部分是由动力系统故障所导致。此次嫦娥三号着陆器推进系统的发动机有多种型号，功能各异、不同推力组成了强大的动力“联盟”，上演了一场动力“接力”。其中，“压轴”出场的着陆器推进系统最终让嫦娥三号安全抵达月球。

　　真空要求嫦娥“心脏”千变万化

　　航天器返回地球时，根据不同的需求采取了滑翔、降落伞、旋翼等不同的方式，但与地球着陆方式完全不同，月面着陆是在真空状态下的软着陆，没有大气也就意味着不能利用空气摩擦实现减速。

　　嫦娥三号探测器要实现月面安全软着陆，传统火箭发动机和推进系统无法完成这一任务。因为，在月球这一无大气天体表面的软着陆机动飞行中，要求发动机多种推力“快速变化”，时而“铆足马力”，时而“轻手轻脚”，时而又“凝神静思”，这一系列不断变换的“舞姿”，需要发动机具备深度节流能力，传统发动机根本无法实现，也就是说，无法实现推力的变化。

　　只有研制变推力发动机，才能完成月球着陆探测器中途修正、近月制动、动力下降、悬停等软着陆任务，不仅要求推进系统在15公里到100米高度精准地完成主减速任务，还要在100米到4米高度开始稳定和缓慢地下降，在实施悬停、避障后，在4米高度实施关机，保证探测器能够安全平稳完成落月任务。完全可以说，在此次举世瞩目的嫦娥三号落月过程中，能否落得稳和准，变推力发动机说了算。

　　200多根导管要通过“三检五审”

　　为使嫦娥三号走好在月球上的“第一步”，航天科技集团六院的科研人员用了五年时间，为落月量身定制了7500N变推力发动机，这也是我国首台具备大范围变推力工作能力的液体发动机。作为推进系统的唯一主发动机，可实现大范围阶跃式变推力及无级变推力，首次“亮相”就承担动力系统接力的“最后一棒”。

　　着陆器推进系统有着200多根导管、400多条焊缝管路、400多处螺钉连接部位，活接头部位近百处，研制过程中，“精”字是关键。发动机推力室喷管采用特殊合金材料，外涂高温抗氧化剂涂层，壁身最薄处仅毫米级，且全身无缝连接，堪称科技与工艺的完美结合。

　　如果把发动机比作心脏，一根根导管无疑就是输送“养分”的血管。能为嫦娥三号服务，所有的导管至少要通过“三检五审”，首先要经过清洗、酸洗、内窥镜“肠道”检查;内外焊缝除了进行内窥镜检查外，还要接受X光拍片“透视”探伤。

　　成功“瘦身”为嫦娥“减肥”

　　由于承担了“落月”使命，与嫦娥一号、二号相比，嫦娥三号推进系统完全是一个崭新的动力系统，除变推力主发动机外，还包括十多台150N和十几台10N姿控发动机。这些发动机承担月球着陆器中途修正、近月制动、动力下降、悬停等一系列软着陆任务，并按预定指令实现该“出手”时就“出手”，再“出手”时“不含糊”。

　　姑娘都是爱美的，嫦娥三号也不例外，在奔月之前还进行了“瘦身”，推进系统首先做出了牺牲。“出于嫦娥三号重量、构型的特殊要求，为推进系统‘瘦身’成为首要课题。”嫦娥三号推进系统副指挥李和军介绍说。研制人员发现，10N的小姿控发动机就像一个细长的小白酒盅，身段轻盈，无“肥”可减。于是他们将目光锁定在贮箱、气瓶、7500N及150N发动机等的减重设计上，由此带来诸多关键技术的突破，成为推进系统的亮点。轻质、大容积复合材料缠绕式金属膜片贮箱研制成功，利用无焊缝铝合金内衬复合材料缠绕气瓶设计制造技术对气瓶减重，甚至连在系统中占比不高的自锁阀也不放过，都进行了小型化改进。解决“减肥”问题，为我国后续深空探测任务提供了技术积累。

(责编：庞晟)