發(fā)射
對于火箭發(fā)射環(huán)節(jié)探月工程高級顧問欒恩杰對新浪網(wǎng)表示，“國家如果下決心要推動探月發(fā)展，首要條件是一定要把運載搞上去，一定要把可載人的運載搞上去，這是基礎(chǔ)條件”。
據(jù)知，由于嫦娥三號探測器將直接被發(fā)送至近地點約200公里，遠(yuǎn)地點約38萬公里的地月轉(zhuǎn)移軌道，和嫦娥一號、二號衛(wèi)星發(fā)射相比，對火箭的推力要求更大。因此，此次發(fā)射采用捆綁有四個助推器的長征三號乙運載火箭實施發(fā)射。
西昌衛(wèi)星發(fā)射中心在成功發(fā)射嫦娥一號、二號衛(wèi)星后，針對嫦娥三號任務(wù)特點，從提高參試設(shè)備安全性、可靠性入手，有針對性地開展了各項技術(shù)準(zhǔn)備和崗位訓(xùn)練，測發(fā)、測控、通信、氣象、勤務(wù)保障等系統(tǒng)對相關(guān)設(shè)備設(shè)施進(jìn)行了大規(guī)模升級改造，包括更新測量設(shè)備、更新遙測系統(tǒng)、改造光學(xué)儀器、建設(shè)地面氣象自動觀測系統(tǒng)等，進(jìn)一步提高了發(fā)射場的可靠性和整體發(fā)射能力。
軌道的選擇
首先是地球至月球轉(zhuǎn)移軌道選擇。
探測器在月球軟著陸的飛行方式基本上可以分為兩類：第一、從地球直接進(jìn)入近月點和月球相交的地－月轉(zhuǎn)移軌道，探測器在接近月球時制動，最后實現(xiàn)在月表軟著陸。這種方式軌道較簡單，飛行時間短，但是對軌道的測控精度要求較高，減速過載較大，對發(fā)射窗口要求極其嚴(yán)格，落點精度不高。第二、從地球進(jìn)入近月點和月球不相交的地－月轉(zhuǎn)移軌道，在月球附近制動進(jìn)入環(huán)月軌道，再從環(huán)月軌道進(jìn)行降軌著陸。這種方式可有比較充分的環(huán)月運行時間，用于選擇、控制著陸時機和對設(shè)備進(jìn)行測試，落點精度高。但是飛行時間比較長。
我國專家在比較兩種方法的優(yōu)點和缺點，建議選定第二種著陸方法。這樣既可以繼承“嫦娥一號”、二號探月過程中的軌道設(shè)計與控制技術(shù)，又可以為未來月球探測任務(wù)打下良好的基礎(chǔ)。
其次是環(huán)月軌道的選擇。
探測器在月球上軟著陸前，要經(jīng)過圍繞月球做環(huán)形飛行階段，這就牽扯到環(huán)月軌道的選擇問題。環(huán)月軌道的選擇主要是要考慮對發(fā)射軌道和著陸階段的影響。環(huán)月軌道高度越低，整個飛行過程最終所需要的速度增量越小，考慮到與“嫦娥一號”、二號探月技術(shù)的繼承性，攜帶著陸器的“嫦娥三號”在到達(dá)近月點后，將首先通過近月制動，使探測器進(jìn)入環(huán)月運行軌道，即200km高度的圓軌道，然后進(jìn)行變軌，使之進(jìn)入15kmX200km的極月軌道，再開始實施下一步的著陸下降過程。
在哪里著陸？
作為此次嫦娥三號的首選著陸區(qū)，虹灣地區(qū)在五個預(yù)選著陸區(qū)中——虹灣、酒海、濕海、開普勒和阿里斯基撞擊坑——綜合條件是最好的。
嫦娥三號探測器系統(tǒng)首席科學(xué)家葉培建表示，我國科學(xué)家在選擇登月的著陸區(qū)時，主要考慮的是以下4個方面的條件：
第一是安全性。著陸點要相對開闊平坦，便于“嫦娥”躲開月巖或月坑；第二是科學(xué)性。著陸點的地質(zhì)構(gòu)造以及月巖、月壤的物質(zhì)元素要豐富，具有科學(xué)探測價值；第三是可測控。選擇落在月球的對地面，并且光照比較充足的區(qū)域，便于通訊和測控的連續(xù)性；最后是創(chuàng)新性。我們要選擇一個其他國家沒有探測過的地方。
虹灣位于月球北緯43度、西經(jīng)31度左右，南北長約100公里、東西長約300公里。轉(zhuǎn)動月球儀，我們眼前的虹灣被一個巨大而側(cè)傾的字母“C”包圍著，輪廓形似一道彎彎的彩虹。其得名來自于拉丁文“Sinus Iridum”，意即“彩虹之灣”。虹灣西部和北部背倚的月陸區(qū)域是巍然聳立的侏羅山脈，而其缺口朝向的是月球第二大“海”——雨海。
通過對嫦娥一號、嫦娥二號傳回的數(shù)據(jù)和圖片，中國的科學(xué)家描繪出一幅虹灣地區(qū)的“寫真圖”——虹灣內(nèi)的地形從東南向西北傾斜，最低點在西北部侏羅山內(nèi)側(cè)，深度超過3000米。虹灣內(nèi)部總體地形坡度小于兩度，相對比較平坦，上面不規(guī)則分布著一些深淺不一的隕石坑。
軟著陸的風(fēng)險
嫦娥三號最大的風(fēng)險應(yīng)該是軟著陸這個環(huán)節(jié)。軟著陸是指航天器利用一定的裝置，改變運行軌道，逐漸減低降落速度，最后不受損壞地降落到地面或其他星體表面上。
歐陽自遠(yuǎn)在接受新浪網(wǎng)專訪時表示，嫦娥三號將要軟著陸月球，軟著陸月球很難，主要問題是：第一，月球是真空，不能用降落傘，不能夠慢悠悠地落下去，要是掉下去，肯定砸碎了。第二，盡管嫦娥二號為了準(zhǔn)備嫦娥三號著陸精細(xì)地探測了降落區(qū)，做了一米分辨率的圖，但一些小型的巖石也會產(chǎn)生致命的影響。
針對如何實現(xiàn)軟著陸，嫦娥一號和嫦娥二號地面應(yīng)用系統(tǒng)副總指揮劉建忠給出了“秘訣”——利用反推火箭，通過反推火箭向下噴氣實現(xiàn)減速，最終實現(xiàn)軟著陸。
除了減速難題以外，著陸區(qū)環(huán)境，特別是著陸區(qū)的地形和地貌的特點也將直接影響軟著陸的成敗。月球表面存在大大小小的撞擊坑和石塊，大的撞擊坑和石塊著陸器通過自主識別可以避開，而一些較小的坑或者石塊就很難規(guī)避，如果著陸器上的支撐腿碰石塊或者單個支撐腿伸進(jìn)了小的坑洞，著陸器就很容易側(cè)翻。探月工程高級顧問孫家棟表示，在降落的過程中，探測器會在一定的角度上穩(wěn)定停一會兒，觀察要落的地方的地表情況。如果地表情況不好的話，可以再修正，找個平整的地。這就是懸停避障。在懸停的過程中需要探測器看得清楚，判斷得非?？?。選擇好地點后，再落下去。
攜帶探測器
嫦娥三號是落月探測的任務(wù)，嫦娥三號包括兩個探測器：一個著陸器加上一個月球車。月球車是裝在著陸器里被鎖上，然后由著陸器著陸。
到了月球后，著陸器要施展開，得到電源，調(diào)試所有儀器。調(diào)試好，給月球車供電，讓月球車有了活力。然后著陸器打開一個梯子，讓月球車走下來，這樣就跟著陸器分開了。著陸器不能動，就待在月球上。月球車能夠走動，能夠自己導(dǎo)航，自己選擇路線，自己爬坡，自己避開障礙，它的所有信號自己傳回地球。著陸器也是自己調(diào)整儀器，自己探測，把得到的數(shù)據(jù)自己發(fā)回地球。著陸器是不動的，我們叫做“就位探測”；月球車是移動的，我們叫“巡視探測”，這兩個相互配合，聯(lián)合工作。
目前嫦娥一號探月衛(wèi)星初步形狀已定，研制進(jìn)展順利，關(guān)鍵技術(shù)取得重大突破，路線圖已確定。
據(jù)中國空間技術(shù)研究院月球探測衛(wèi)星總指揮兼總設(shè)計師葉培建介紹，衛(wèi)星在和運載火箭分離后，將先在圍繞地球的軌道上運行3~4圈，逐步加速，最后到達(dá)地－月轉(zhuǎn)移軌道的入口速度，衛(wèi)星沿大橢圓軌道飛向月球。
在地—月轉(zhuǎn)移軌道，為保證衛(wèi)星正確進(jìn)入月球附近預(yù)定的位置，需進(jìn)行2~3次軌道中途修正。在月球附近，為實現(xiàn)衛(wèi)星環(huán)繞月球運動，需對衛(wèi)星進(jìn)行減速。通過3次近月點制動，逐步降低軌道的近月點，最終進(jìn)入距月面200公里的工作軌道。整個“奔月”大概需要8~9天。
月球車的秘密
月球車長1.5米，寬1米，高1.1米，有兩片可以打開的太陽能電池帆板，六個輪狀作為移動裝置，同時還帶有地月對話通訊天線，頭頂?shù)膶?dǎo)航相機與前后方的避障相機，和負(fù)責(zé)鉆孔、研磨和采樣的機械臂。
“玉兔號”通過相機“觀察”周圍環(huán)境，對月面障礙進(jìn)行感知和識別，然后對巡視的路徑進(jìn)行規(guī)劃。遇到超過20度的斜坡、高于20厘米的石塊或直徑大于2米的撞擊坑，能夠自主判斷安全避讓。
雖然月球車神通廣大，但它也面臨一個大問題，那就是如何在月夜生存。
劉建忠說，月球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)都是28天，所以“月球夜”會長達(dá)14天(月球日即白晝也有14天)。而由于月球沒有大氣層的保溫和傳熱，月表晝夜的溫差特別大，白天受到陽光照射的地方溫度高達(dá)130-150攝氏度，月夜和陽光照不到的陰暗處溫度會下降到負(fù)的160-180攝氏度。這種條件著陸器和月球車上的所有的儀器全部要凍壞，而普通電池也無法應(yīng)對。所以要實現(xiàn)月夜生存需要有更為先進(jìn)的能源供給設(shè)備，這次用的就是核燃料電池，來保證探測器能夠安全渡過漫長寒冷的月夜。
歐陽自遠(yuǎn)表示，嫦娥三號巡視器——也就是百姓俗稱的月球車——如果“落月”成功，并成功駛離著陸器后，將在月面工作3個月。
據(jù)探測器系統(tǒng)專家介紹，“玉兔”月球車號會慢慢移動，比人們想象的走得慢，時速約200米。它的高性能體現(xiàn)在越障能力和通過性，而不是追求高速度。
科學(xué)任務(wù)
孫家棟對新浪網(wǎng)表示，嫦娥三號成夠與否，第二條件就是月球車自己走出去以后進(jìn)行巡視勘察。月球車是很復(fù)雜的一套東西，它肩負(fù)著三項任務(wù)：一看天。就是在月球上看天體。在月球上看天體有什么好處？沒有空氣遮擋，沒有污染，看得非常清楚。二是探地，不是探地球的地而是探月球的地，探測月球土壤的情況。這些數(shù)據(jù)要通過月球車傳回來。
除此之外，月球車還肩負(fù)著“側(cè)月”的任務(wù)，歐陽自遠(yuǎn)表示，我們在月球車上也放了很多儀器，有一樣?xùn)|西前人也沒有做過：在月球車底下放了一臺雷達(dá)，發(fā)射雷達(dá)波到月亮的地底下。它有波段：一個是測20米深那一段的土壤層結(jié)構(gòu)是否分好幾層，怎么分，有沒有大石頭；另一個波段是做100米深月球上部的結(jié)構(gòu)。而且月球車有一個好處，可以一邊走一邊測，也就是“測月”。
嫦娥三號是著陸器與月球車聯(lián)合探測，觀天、看地、測月這都是別人沒干過的，這是嫦娥三號最重要的科學(xué)任務(wù)。
在巡視的3個月中，月球車將依靠各種先進(jìn)設(shè)備對月表進(jìn)行三維光學(xué)成像、紅外光譜分析，開展月壤厚度和結(jié)構(gòu)的科學(xué)探測，現(xiàn)場分析月表物質(zhì)的主要元素。月球車下裝了一臺雷達(dá)，可主動發(fā)射雷達(dá)波來探測二三十米厚的土壤、結(jié)構(gòu)變化，同時還可測地下100米深次表層的結(jié)構(gòu)，這是世界上其他國家目前沒有做過的。
探月意義
“嫦娥奔月”對于航天人來說是夢想，但是對于普通人來說似乎有遙不可及之感，甚至有人說與其花那么多錢搞這些，不如將錢用在改善老百姓生活上。
對此，欒恩杰對新浪網(wǎng)表示，“嫦娥三號“任務(wù)帶動了科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，最終受益的終是老百姓。
比如，對月亮的研究探測結(jié)果就是白天和黑天的溫差大致300度左右，假設(shè)是零上130到零下170，300度溫差，那你這個材料就要好呀，如果嫦娥三號所用的材料經(jīng)不住這個溫差冷縮熱脹，那“嫦娥”就散架了。所以帶動了嫦娥三號材料的研究。
再比如探測是無人的，而無人的過程要完成，需要比有人還精確的一個控制過程，這就需要非常好的器件，探測器件、敏感器件、控制器件等。它對電子器件的促進(jìn)作用也是非常大的。