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中國青年報:嫦娥五號的又一個首次:跨越38萬公里“太空牽手”

發布時間:2020-12-09    信息來源: 中國青年報

中青報?中青網記者 邱晨輝

北京時間12月6日5時42分,嫦娥五號上升器成功與軌道器和返回器組合體交會對接,并于6時12分將樣品容器安全轉移至返回器中。

這是我國首次實現月球軌道交會對接,也是跨越38萬公里的首次“太空牽手”。后續,嫦娥五號軌道器和返回器組合體將與上升器分離,擇機返回地球。

交會對接示意動畫。中國航天科工二院供圖

嫦娥五號月球采樣返回,是我國航天領域迄今為止最復雜、難度最高的任務之一。由中國航天科工集團研制的嫦娥五號交會對接微波雷達,作為探測器在月球軌道中遠距離測量的唯一手段,成功引導探測器實現此次月球軌道無人交會對接。該對接技術也是嫦娥五號任務中“四大關鍵技術”之一。

和此前近地軌道交會對接相比,這次難度更大

據中國航天科工集團二院25所交會對接微波雷達總工程師孫武介紹,月球軌道微波雷達是一組成對產品,由雷達主機和應答機組成,分別安裝在嫦娥五號探測器的軌道器和上升器上。當軌道器、上升器相距約100公里時,微波雷達開始工作,不斷為導航控制分系統提供兩航天器之間的相對運動參數,并進行雙向空空通信,兩部航天器根據雷達提供信號調整飛行姿態,直至軌道器上的對接機構捕獲、鎖定上升器。隨后,上升器中的月壤樣品和容器轉移。

此前,在我國的載人航天工程任務中,中國航天器在近地軌道進行過多次交會對接,都應用了航天科工的微波雷達?!拔鍛鹞褰莸谋憩F足以證明,我國已經成功掌握交會對接技術。但不同的是,這次是在距離38萬公里之外的月球軌道,難度更大?!睂O武說。

具體來看,與近地軌道相比,月球軌道沒有衛星導航等服務資源,微波通信是中遠距離的唯一手段;月軌環境更復雜,要克服月球引力影響,自動交會對接對微波雷達提出的要求極為苛刻。

交會對接微波雷達團隊在產品出廠前對其進行狀態檢測。中國航天科工二院供圖

孫武告訴記者,因為嫦娥五號的軌道器和上升器交會對接,是體量相差巨大的“大追小”復雜受力過程,采用了抱爪式的弱撞擊對接機構。這樣一來,需要微波雷達的測角精度更高。為此,微波雷達團隊攻克了相位干涉儀測角、大寬角度測量等關鍵技術。

微波雷達項目主任設計師賀中琴說,設計團隊采用了創新的誤差補償算法,進一步提高了微波雷達的測角精度,大幅提升了精準對接的勝算。

此外,裝有對接用應答機的上升器,在落月時難免形成揚塵,這些肉眼不可見的月塵干擾,將會嚴重降低測角精度。

中國航天科工集團二院25所青年設計師紀博打了一個比方:為確保安全度過月球之旅,應答機上安裝了特殊材料的防塵罩,“就像給‘千里眼’戴上了‘護目鏡’,‘嫦娥’的這雙‘千里眼’,就不會變成‘近視眼’,甚至‘全盲’了?!?/p>

以前像上課點名答“到”,現在要負責更多信息傳遞

“我們為這次交會對接打造的,不僅是‘千里眼’,還是‘順風耳’,升級后的它更小巧、更強大、更可靠?!睂O武說。

據他介紹,微波雷達在保證交會對接測量“本職工作”的同時,還升級了航天器之間雙向空空通信的“第二職業”。從雷達與應答機之間“一問一答”的傳輸方式,升級至軌道器與上升器之間的“溝通對話”,實現了遙控指令和遙測參數的雙向傳輸。

“以前就像老師上課點名,雷達發消息,應答機答‘到’。而現在它們不僅自己要通話,還要負責上升器和軌道器之間的信息傳遞?!辟R中琴說。

在此前“天舟”“天宮”交會對接中,25所研制的微波雷達已經實現減重一半,這次嫦娥五號任務,微波雷達再進一步開展輕量化的改進。

“交會對接雷達減去的重量比月壤采樣重量還高,哪怕一克的重量減輕,對月壤采樣任務的意義都是巨大的?!睂O武說。

在他看來,此次微波雷達在首次地外天體軌道對接過程中的“完美表現”,與之前載人航天工程的那五次任務一樣。這也是航天團隊對產品質量“零缺陷”的堅持,對“一次成功”的詮釋。

孫武透露,微波雷達的每一步成長記錄、每一幀拍照留存,都實現了百分百的過程可追溯;反復的測試迭代和全覆蓋的試驗驗證,確保產品功能、性能的萬無一失。

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