这两天关于嫦娥六号一个非常沸沸扬扬的新闻就是,嫦娥六号落月误差达到了16公里,还不如50年前的阿波罗飞船。
那么事实真的是如此吗?首先,嫦娥六号实际月背着陆点坐标为:南纬41.63839°, 西经153.98545° ,位于预选着陆点东北方向,距离预选着陆点大约16.7公里。
但是,嫦娥六号落月误差大,恰恰是其技术领先阿波罗飞船的证明。
已有的月球图像和高程数据表明,月球表面分布着各种高山壑谷,即使在相对平坦的月海地区也遍布着大小不一的岩石和陨石坑,这种地形、地貌以及石块和陨石坑会给着陆器安全软着陆带来较大风险,只有着陆器具有发现和识别障碍并进行机动避障的能力,才能保证软着陆的高安全和高可靠。
早在嫦娥三号的时候,中国就研发了自主避障软着陆控制技术,这就是粗精接力避障”技术,除了配置用于自主导航的惯性测量单元(IMD)、激光测距敏感器、微波测距敏感器和微波测速敏感器以外,还配置了用于障碍识别的光学成像敏感器、激光三维成像敏感器和图像数据处理计算机.另外,为避障控制配置了水平机动推力器来执行水平精避障功能,粗避障功能通过主发动机和姿态机动实现。
该系统可以实时知道“我在哪儿”“我要去哪儿”和“我怎么去”。它就像落月过程中的驾驶员,要完成飞行轨迹控制、安全着陆点选择、精准控制三项核心任务。分别实现粗避障、高精度三维成像、精避障和着陆位置保持功能,形成了大范围粗避障、小范围精避障和着陆位置保持的接力避障过程。
嫦娥着陆器会自主操控组合体边降落边快速调整姿态,对预定着陆区域进行拍照分析,并飞向选定区域。这是第一次避障,也被称为“粗避障”。
在距离月面更近时,组合体实施短暂悬停,再次对月面拍照,精确避开障碍,选定最终落点。这是第二次避障,即“精避障”。
之后,组合体飘移至落点正上方并垂直下降,至特定高度时关闭主发动机,利用着陆腿的缓冲机构实现软着陆。
而嫦娥六号的全自主避障技术,在经过了嫦娥三号到嫦娥五号的发展之后,已经非常成熟了,相比月球正面,月球背面地形更为崎岖,尤其是月球背面的南极-艾特肯盆地区域整体地势较低且撞击坑分布更多,光照和测控更易受到地形遮挡影响。这些因素都给嫦娥六号落月选址工作带来了挑战。
为了更好更稳定降落在月背上,嫦娥六号自主选择降落地址,尤其偏离了16公里。
美国至今为止都还没有掌握全自主避障系统。Lunar 系列和勘察者系列月球探测器都不具备识别障碍和避障能力,导致着陆成功率非常低;阿波罗系列则是通过宇航员观测着陆区并操纵人控系统实现了避障和安全着陆!,早期的火星着陆探测器都采用气囊方式着陆,躲开了障碍识别与规避问题:2008年,凤凰号探测器成功实现了火星软着陆其采用了事先筛选高概率安全着陆区来避免大障碍的危害。
尤其是阿波罗飞船降落月球,完全依靠宇航员的驾驶技术,飞船的舱内没有显示器,你找不到哪怕任何一块显示图像的屏幕,除了小小的观察窗和指示姿态的陀螺仪,其它就是大大小小密密麻麻一排排开关和指示灯。这也导致了阿波罗飞船只能靠人来驾驶。在降落地球的时候,飞船差点撞上环形山,幸亏阿姆斯特朗技术过硬,驾驶飞船躲开了。
除此之外,阿波罗11号在从月球表面返回前,奥尔德林不小心碰断了其中一个断路器开关柄,差点儿害两个人都死在月亮上。阿波罗13号发射后两天,服务舱的氧气罐爆炸,太空船严重毁损,失去大量氧气和电力,三位宇航员差点牺牲。这些都是因为时代原因,科技缺陷下带来的低可靠性。
嫦娥六号的全自主避障技术也会运用在载人登月上,依靠全自主避障技术,载人飞船可以更加安全、高效登陆月球,并且可以全自动应急处理各项预案等。
美国当初是依靠庞大的资金和人力去支撑如此低效率、低可靠性的阿波罗登月计划,美国阿波罗持续10年,每年消耗了2.5%的GDP。放到现在相当于每年5000亿美元,坚持10年。也就是每年造40艘福特号航母,连续造10年,先后有120所高校,20 000多家工厂,400多万人参与了这项活动,可以说是整个航天史上历时最长,规模最大,投资最多,也最富传奇性的一次太空探险行动。
而这也是为什么美国再也无法复制阿波罗计划的原因,而中国不一样,中国则是以科学研究为基础的,步步为营的,成本可控的、可持续发展的。从而做到了智能化、无人化、自动化,一颗嫦娥探测器,成本仅1亿美元左右。
可以说中国嫦娥五号是美国阿波罗登月计划的进化版,是随着科学的进步诞生的必然产物,而非举国之力下创造的奇迹。