深析围观嫦娥3号的四颗美国探测器

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据美国宇航局官方网站报道，12月14日，中国的嫦娥三号着陆器成功登陆月球虹湾附近区域并释放出“玉兔”号月球漫游车。美国宇航局将此事件视作开展针对月球稀薄大气研究工作的绝好契机，并用目前在月球轨道上的4颗卫星对嫦娥3号着陆期间产生的尘埃进行探测。
         
        先来了解中国登月发展和嫦娥三号的技术。
       
        2013年12月14日21点12分，嫦娥三号月球探测器将会携玉兔号降落月球。如果成功，这将是中国首次实现月球软着陆，中国人的奔月的愿望终于圆梦。在这个喜庆的时刻，让我们来抢先看看中国独立设计的月球车“玉兔号”有哪些先进的技术。
       
        在9月25日启动的中国首辆月球车征名仪式中，“玉兔号”在53091个名称中脱颖而出，携带着全球华人的美好希望，执行这次伟大任务。
       
        中国登月如何发展到现在的？
       
        2007年10月24日，嫦娥一号月球探测器在西昌卫星发射中心发射，于当年11月5日进入绕月轨道。起初嫦娥一号的设计寿命为1年，但是一直兢兢业业地工作到了2009年3月1号。在完成了建立精确和高分辨率的完整立体月面图这一使命之后，它在地面人员的控制下，撞向了东经52.36度、南纬1.50度的月球丰富海，长眠于月球。
       
        嫦娥二号的主要工作是用作实验、验证部分新技术核心装备，降低往后工程的风险，深化月球科学探测。它于2012年10月1日于西昌卫星发射中心发射的。在工作26个月之后，它开始执行了一项新使命——飞往深空，探索宇宙。截至2013年11月26日，它已经距地球超过6000万公里，希望它能成功完成任务。
       
       
        嫦娥三号是2013年12月2日在西昌卫星发射中心发射的。它的任务就是嫦娥三期工程中“绕”、“落”、“回”中的第二阶段：“落”。嫦娥三号由两部分组成：着陆器和“玉兔号”月球车，并创造了几个“第一”，届时它携带“玉兔号”月球车，执行中国首次月面软着陆的任务。
       
       
        这只方方的“玉兔”设计寿命是90天，它主要由移动、导航控制、电源、热控、结构与机构、综合电子、测控数传、有效载荷8个分系统组成。
       
        移动分系统：采用轮式、摇臂悬架方案，具备前进、后退、原地转向、行进间转向、20度爬坡、20厘米越障能力；导航控制分系统：携带有相机及大量传感器，在得知周围环境、自身姿态、位置等信息后，可通过地面或车内装置，确定速度、规划路径、紧急避障、控制运动、监测安全；电源分系统：由两个太阳电池阵、一组锂离子电池组、休眠唤醒模块、电源控制器组成，利用太阳能为车上仪器和设备提供电源。
       
        热控分系统：利用导热流体回路、隔热组件、散热面设计、电加热器、同位素热源，可使月球车工作时舱内温度控制在+55℃～-20℃之间；结构与机构分系统：由结构和太阳翼机械部分、桅杆、机械臂构成，主要为各种仪器、设备、有效载荷提供工作平台；综合电子分系统：将中心计算机、驱动模块、处理模块等集中一体化，采用实时操作系统，实现遥测遥控、数据管理、导航控制、移动与机构的驱动控制等功能；测控数传分系统：保证月球车与地球38.4万公里的通信以及与着陆器之间的通信；有效载荷分系统：月球车配备的科学探测仪器，包括全景相机、红外成像光谱仪、测月雷达、粒子激发X射线谱仪等。
       
        美国宇航局的这四颗探测器分别是月球大气与尘埃环境探测器(LADEE)，月球勘测轨道器(LRO)以及名为“ARTEMIS”的一对双星探测器。
       
        尽管在美国与中国之间并没有这方面的合作，但美国科学家们仍然从中国方面的月球着陆中找到了可以开展有趣科学研究工作的点。而探测获得的所有数据都将与全球科学界共享。
       
        美国宇航局目前正在开展的月球项目正在帮助科学家们加深对于太阳系的认识，为未来开展太阳系其它天体的探测奠定基础，并为未来对更遥远的天体，如小行星和火星的探测铺平道路。
       
        以下为围观嫦娥3号着陆的四颗探测器
       
        LADEE
       
        LADEE即月球大气与尘埃环境探测器，这颗探测器专门用于对月球稀薄大气和尘埃环境进行考察，它的高灵敏度或将可以探测到由于中国玉兔号月球车的着陆扰动尘埃大气环境而引起的细微变化。
       
        LADEE探测器的最初设计目标是研究月球稀薄的大气以及轨道尘埃环境。借助其所搭载的设备，科学家们希望能回答一个长期悬而未决的问题：受到太阳照射而带电的月球尘埃是否是造成阿波罗时代美国宇航员们报告观察到的一种神秘现象的成因。当时有宇航员报告他们在月面上日出之前观察到“月平线”上出现一些神秘的闪光。
       
        LADEE探测器于今年11月10日以来一直在低月球轨道上收集科学数据，初期计划任务期为100天。到目前为止项目组的科学家们已经获得了大量有关的科学数据。就在嫦娥3号探测器着陆月球之前，LADEE科学组便已经完成一整个月球周期(29.5天)内的科学数据采集工作。
       
        在嫦娥3号着陆前后，LADEE飞船将使用其搭载的中性粒子光谱仪(NMS)获取额外的观测数据。NMS设备将监视中国嫦娥3号着陆器在降落时反冲发动机可能会产生的一些气体成分，如水，氮气，一氧化碳以及氢气等。除此之外，LADEE探测器还将继续其基本观测工作，这将帮助判断嫦娥3号飞船的降落是否造成了月球大气中尘埃与气体环境背景上可察觉的改变。
       
        LADEE于今年9月6日发射升空，这是第一艘在美国宇航局埃姆斯研究中心完成设计，开发，制造，组装以及测试整个流程的飞船。除此之外埃姆斯研究中心还负责整个项目的管理以及卫星的实时操作控制。美国宇航局戈达德空间飞行中心负责这颗卫星上搭载的科学载荷以及技术验证载荷的管理工作，外加LADEE卫星的科学运作中心和整体任务支持。
       
       
        LRO
       
        LRO即美国宇航局发射的“月球勘测轨道器”的英文缩写。它于2009年6月份升空。自那以后便一直在月球轨道上开展科学考察工作并获得大量科学数据，其中包括分辨率前所未有的大量月表观测图像。
       
        在嫦娥3号的着陆日期，LRO飞船将开展多达8次机动动作，使用莱曼α成像设备(LAMP)对嫦娥3号的着陆位置进行扫描成像。这是一台紫外波段成像设备。LAMP设备将有望探测到嫦娥3号在降落阶段反冲发动机的尾流。
       
        从12月份开始，LRO相机(LROC)将有望在其拍摄的2米分辨率图像上看到嫦娥3号着陆器和玉兔号月球车。由于月球自身的自转，此后每月都将会有一次机会让嫦娥3号和玉兔处于LRO轨道位置的正下方，从而被LRO的相机摄入镜头。如此重复开展的观测成像将让科学家们可以观察到由于嫦娥3号飞船的着陆以及玉兔号月球车的活动而在月面上造成的变化。
       
        LROC相机的高分辨能力将使其可以觉察到嫦娥3号下降反冲发动机点火造成的月表扰动，在此之前的月球着陆器在软着陆时也都会无一例外地造成月表尘土环境的扰动。不过，当LROC本月开展首次拍摄尝试时光照条件将不会很理想，当时的太阳高度角很低，但这种状况会在下个月有所改善。此次LRO飞船拍摄的图像将让科学家们有机会观察月球地表由于嫦娥3号着陆而出现的大气及地表变化，并由此考察月表的气体迁移机制，以及局部扰动对月表风化层产生的影响。
       
        LRO获得的数据大大加深了科学家们对月球的了解，其获取的数据不仅有助于未来载人和无人探测项目的实施，同时也证明月球远比我们此前想象的更加复杂和充满活力。LRO飞船将继续工作直到2014年10月份，在那之后如果一切顺利还将有可能继续延长两年的工作时间。
       
        ARTEMIS(双星)
       
        ARTEMIS探测器将帮助LADEE解译其获得的数据。ARTEMIS由两颗完全相同的卫星组成，其正式名称为“月-日相互作用加速，重联，震荡及电动力学探测器”，于2010年进入月球轨道。
        ARTEMIS双星的第一颗卫星(P1)将于12月14日飞过距离月面200公里的位置。根据目前的计划，该卫星将会搜寻任何可能与嫦娥3号有关的尘埃羽或是磁场扰动。而第二颗卫星(P2)则将对月球的太阳风环境以及磁场环境进行考察。这些信息将有助于判断月面上的尘埃是如何悬浮起来的。
       
        目前ARTEMIS的考察工作主要集中在测量月表的静电，月球背阴面形成的等离子体尾以及月球与太阳风两者之间的相互作用模式