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让“嫦娥”适应极热极寒环境,他功不可没

科普小知识2022-08-08 15:58:51
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让“嫦娥”适应极热极寒环境,他功不可没

今年1月3日,嫦娥四号月球探测器成功着陆在月球背面的南极——艾特肯盆地的冯卡门撞击坑。人类历史上第一次实现了飞船在月球背面的软着陆和巡天,引起了全世界的关注和讨论。

登陆月球有许多困难要克服,其中之一是探测器的温度控制。月球表面的环境极其恶劣。月球土壤和地球之间的温差高达300多摄氏度。嫦娥四号探测器可以承受零下20摄氏度到50摄氏度之间的工作温度。如果嫦娥的“体温”异常,探头可能随时“休克”。

陈建新(见图、数据和照片)是在月球背面保持嫦娥正常工作“体温”的人。现任中国航天科技集团有限公司第五研究所综合研究室副主任,嫦娥四号热控子系统总设计师。

2007年,陈建新博士毕业后来到中国航天科技集团,参与中国的月球探测项目。2008年,中国第二阶段探月工程进入实质性发展阶段。正在研制中的嫦娥三号将首次实现中国航天器在外星物体上的软着陆和侦察。嫦娥三号预计将在月球前方的洪湾地区着陆,并面临严峻的热环境测试。热控子系统是技术难度最大的子系统之一。陈建新的杰出表现被委以热控子系统副主任设计师的重任。

“当时我们面临的主要问题是,我们没有太多经验可供借鉴。我们必须一步一步依靠自己。”陈建新说每个人都在考虑这个计划。在嫦娥三号的初始热平衡测试中,为了确保成功完成中国探测器的首次月球热平衡测试,他和他的团队一天24小时轮班工作,两个多月没有回家。

通过陈建新及其团队的努力,嫦娥三号在世界上首次采用了月球重力驱动两相流体回路技术,攻克了某热源的综合利用技术,解决了嫦娥三号的月夜生存问题。克服了远红外加热装置的精确建模分析和极端瞬态热流计的标定,解决了地面探测器热试验验证的难题。随着技术难点的逐一突破,对嫦娥三号的温度和温度变化进行了更加深入和全面的考虑,最终保证了嫦娥三号任务的顺利完成。

2013年12月14日,嫦娥三号成功登陆月球。“当嫦娥三号探测器在月球着陆,玉兔号探测器从轨道上下来,踏上月球的地面时,我的心怦怦直跳。”陈建新说,“这就像你自己登上月球一样。"

嫦娥三号成功着陆,探索的步伐没有停止。2015年,嫦娥四号飞船首次软着陆和侦察获得批准。热控技术再次成为任务成功的关键。这一次,它在月球背面的艾特肯盆地面临昼夜温差330摄氏度的热环境测试。着陆区的高温和低温之间的界限更加糟糕,月球背面的地形崎岖多山,给热环境带来了复杂性和不确定性。同时,需要解决昼夜测量月壤温度和为月夜采集系统供电的工程问题。

陈建新带领团队重新开始,从核心技术、热分析模拟方法、地面验证试验方法等几个关键环节逐一进行研究。在嫦娥四号任务的飞行控制期间,为了对在轨遥测数据进行监测、解释和及时反馈,他带领团队在飞行控制中心工作了4个月。为了让着陆器和检查员探测到更多的科学目标,他们日夜“盯着”探测器,并把试验场和飞行控制大厅视为“家”...

世界上首次建立热电电池与月球重力驱动两相流体回路耦合的热电高效利用技术系统,解决热电联产系统在330摄氏度温差环境下的稳定难题,实现月夜无光照下月球土壤温度测量系统的供电。创新性地建立了月球土壤三维全瞬态热模型,突破了探测器休眠和唤醒自主热适应技术,解决了嫦娥四号在极热极冷和崎岖地形条件下的“月球背面生存问题”。国际上突破了月球土壤传感器的测温网络技术,首次获得了月球背面月球土壤的昼夜温度,为后续的月球土壤采集和人类月球探测提供了重要的科学数据和中国智慧...这一次,陈建新和他的团队收获更多。

陈建新已经控制了寒冷和温暖的天气,引领了世界。现在,他带领团队实现了三项国际倡议,填补了三项国内空白,编制了200多份航天器核心技术文件,大力支持中国探月工程的顺利开展。"航天工业是一个光荣的行业,值得我为之奋斗一生!"陈建新说。