嫦娥四號搶先登陸月球! 「關鍵發動機」首次揭曉

▲▼嫦娥四號月球車外觀設計構型。(圖/CFP)

▲嫦娥四號。(圖/CFP)

記者朱世凱/綜合報導

大陸嫦娥四號探測器成功在月背著陸,不僅成為人類首次創舉,也讓外界一覽月球秘密。據悉,此次任務之所以能順利達成,主要是依靠「關鍵設備」7500N變推力發動機,這讓探測器得以調降動力、減速調姿、懸停避障,或是加足馬力行進。變推力發動機主任設計師蘭曉輝表示,首秀那一天,他緊張到捏了一把汗,深怕出現錯漏導致失敗。

據新浪軍事報導,負責研製變推力發動機的是中國航太科技集團六院,為了讓落月過程順遂,因此發動機除了需要具備深度節流能力,還要能夠實現多種推力工況的快速變化。事實上,這款發動機最早是裝配在「嫦娥三號」上,「嫦娥三號」便是大陸第一個在月球表面實現軟著陸的探測器。

不過「嫦娥四號」要實現世界上首次在月球背面著陸,環境更複雜,對發動機的要求也更嚴苛。除了使用壽命更長外,衡量發動機性能的指標「比沖」,也從原來的308秒提高至310秒。這看似不起眼的塗層和2秒鐘的差距,卻呈現六院變推力研製團隊精益求精的態度。

▼NASA月球勘測軌道飛行器拍到嫦娥四號身影。(圖/翻攝自微博)

▲▼NASA月球勘測軌道飛行器拍到嫦娥四號身影。(圖/翻攝自微博)

報導指出,團隊在產品的質量複查單上,200多根導管、400多條焊縫管路、400多處螺絲連接都做到精細化處理;為了讓運動部件配合更加準確,研製團隊將零件加工精度提高到0.005毫米。

蘭曉輝說,他記得在一次對即將交付產品的電性能測試中,有一個電磁閥開啟時間超出了設計要求的幾毫秒,儘管交付在即,為了達到「滿分」標準,團隊成員還是將產品重新拆卸、找出問題根源,最終成功解決問題,這一切要求只是為了讓「嫦娥四號」能在險象環生、環境複雜的太空上呈現最好的模式。

▼月背祕密首次曝光。(圖/翻攝自中國國家航天局網站)

▲嫦娥四號,月背             。(圖/翻攝自中國國家航天局網站)

據悉,早在2006年時,六院已負責著手研發這款發動機,不過在缺乏經驗又沒有材料的狀況下,團隊仍自主創新,研發自製變推力發動機,解決「嫦娥三號」的動力問題。更為棘手的是,發動機要求5年內完成交付,但一般情況下,從論證設計到產品交付,研製一種新發動機至少需要10年時間,因此研發團隊的壓力可想而知。

接到7500N變推力發動機研製任務之前,蘭曉輝多年從事運載火箭三級發動機二次啟動研製工作。外界看來,高空發動機與變推力發動機有著多次啟動、高工況工作的共同特點;不過從專業角度來說,二者一個是固定推力、一個是變推力;結構設計方面,一個是固定部件、一個是活動部件,可謂天差地別。

報導提到,在產品改進的同時,團隊開發了發動機性能模擬計算、熱環境模擬試驗等軟體,加速研製進度,不僅成功研製成品,還省了一筆不小的研製經費。2008年4月,600秒長時間變推力發動機可靠性試車的成功,標誌著該發動機關鍵技術得到全面突破,轉入工程研製。

▼嫦娥四號成功登陸月球。(圖/翻攝自微博)

▲▼嫦娥四號揭開月背秘密。(圖/翻攝自微博)

然而,為了因應探測器設計要求,他們必須在發動機周圍以隔熱的方式進行熱防護,這意味推力室壁的耐高溫能力要強,還要儘量讓燃燒室降低溫度,提高燃燒效率,兩者幾乎是背道而馳的難題。但蘭曉輝帶領團隊提出了創新的冷卻方式,圓滿解決了這一難題。

2011年底,7500N變推力發動機連續8台可靠性試車全部成功。繼「嫦娥三號」探月5年之後,「嫦娥四號」利用7500N變推力發動機,為大陸領先全球登陸月背寫下嶄新扉頁。

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