嫦娥五號(hào)月球軌道上演“太空之吻”

本報(bào)記者 劉揚(yáng)

《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者從國(guó)家航天局獲悉，北京時(shí)間12月6日5時(shí)42分，嫦娥五號(hào)上升器成功與軌道器和返回器組合體交會(huì)對(duì)接，并于6時(shí)12分將樣品容器安全轉(zhuǎn)移至返回器中。這個(gè)“太空之吻”的成功意味著，繼地外天體的采樣與封裝、地外天體的起飛之后，嫦娥五號(hào)實(shí)現(xiàn)了中國(guó)航天的又一個(gè)“首次”——月球軌道交會(huì)對(duì)接。

精心準(zhǔn)備的“太空之吻”

據(jù)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者了解，當(dāng)嫦娥五號(hào)的著陸器和上升器組合體在月球表面進(jìn)行世界矚目的“挖土”作業(yè)時(shí)，月球軌道上的軌道器和返回器組合體這個(gè)重達(dá)2.3噸的“小胖子”悄無(wú)聲息地先后完成4次軌道調(diào)整，進(jìn)入距離月面約200公里的環(huán)月圓軌道，等待中國(guó)航天史上首次月球軌道“太空之吻”。

嫦娥五號(hào)上升器于12月3日從月面起飛后，經(jīng)過(guò)多次遠(yuǎn)程導(dǎo)引，即由人工通過(guò)計(jì)算一步步把上升器送到210公里環(huán)月圓軌道軌返組合體的斜上方，抵達(dá)后者能“看到”的位置。選擇這樣的軌道是因?yàn)榇撕蟮慕粫?huì)對(duì)接過(guò)程，地面人員只能“觀(guān)棋不語(yǔ)”：月球軌道的交會(huì)對(duì)接精度要求是厘米級(jí)，而目前地面對(duì)38萬(wàn)公里外的測(cè)控精度是公里級(jí)，已經(jīng)遠(yuǎn)超人工控制的能力范圍。加之相較于神舟飛船在地球軌道的交會(huì)對(duì)接，月球軌道每圈有1/3的時(shí)間位于不可測(cè)弧段。所以后續(xù)的交會(huì)對(duì)接過(guò)程實(shí)際是由制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)智能自主完成。

《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者從航天科技集團(tuán)五院獲悉，我國(guó)現(xiàn)已掌握的地球軌道交會(huì)對(duì)接通常采用“小星追大星”，用弱撞擊的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)接，但嫦娥五號(hào)軌返組合體追上升器屬于“大星追小星”，如果用撞擊的方式對(duì)接，質(zhì)量較輕的上升器很可能被撞飛，所以嫦娥五號(hào)采用“停控加抓取”的方式，也就是在軌道器追趕上升器并以相同速度飛行，然后“伸手”牽過(guò)上升器，實(shí)現(xiàn)對(duì)接。

《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者從國(guó)家航天局獲悉，在樣品容器安全轉(zhuǎn)移至返回器后，6日12時(shí)35分，嫦娥五號(hào)軌道器和返回器組合體與上升器成功分離，進(jìn)入環(huán)月等待階段，準(zhǔn)備擇機(jī)返回地球。

比神舟飛船載人對(duì)接難度更大

《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者了解到，地球軌道上的交會(huì)對(duì)接如果不成功可以撤回重來(lái)，但嫦娥五號(hào)的月球軌道交會(huì)對(duì)接受制于月地返回窗口、熱控、能源等約束，嫦娥五號(hào)月球軌道交會(huì)對(duì)接必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成，若時(shí)間太長(zhǎng)，航天器上的能源、熱控將無(wú)法支撐。同時(shí)如果對(duì)接不成功，在撤回和重新組織的過(guò)程中，地球與月球的位置關(guān)系發(fā)生變化，有很大風(fēng)險(xiǎn)錯(cuò)過(guò)月地返回窗口，因此從保安全的角度可以說(shuō)，月球軌道交會(huì)對(duì)接任務(wù)是不可逆的，必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)一次完成。

《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者從嫦娥五號(hào)交會(huì)對(duì)接核心設(shè)備——交會(huì)對(duì)接微波雷達(dá)研制單位中國(guó)航天科工二院25所了解到，該微波雷達(dá)作為中遠(yuǎn)距離測(cè)量的唯一手段，是中國(guó)首次月球軌道無(wú)人交會(huì)對(duì)接的核心裝備。據(jù)介紹，該設(shè)備由雷達(dá)主機(jī)和應(yīng)答機(jī)組成，分別安裝在嫦娥五號(hào)探測(cè)器的軌道器和上升器上。當(dāng)軌道器、上升器相距約100公里時(shí)，微波雷達(dá)開(kāi)始工作，不斷為導(dǎo)航控制分系統(tǒng)提供兩航天器之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，兩航天器根據(jù)雷達(dá)提供信號(hào)調(diào)整飛行姿態(tài)，直至軌道器上的對(duì)接機(jī)構(gòu)捕獲、鎖定上升器。隨后，上升器中的月壤樣品和容器轉(zhuǎn)移。

交會(huì)對(duì)接微波雷達(dá)總工程師孫武介紹稱(chēng)，“與近地軌道相比，月球軌道沒(méi)有衛(wèi)星導(dǎo)航等服務(wù)資源，微波通信是中遠(yuǎn)距離的唯一手段。月軌環(huán)境更復(fù)雜，要克服月球引力影響，所以自動(dòng)交會(huì)對(duì)接對(duì)微波雷達(dá)提出的要求極為苛刻。為此，研制單位攻克了相位干涉儀測(cè)角、大寬角度測(cè)量等關(guān)鍵技術(shù)?！?/p>

背后暗藏各種黑科技

《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者從航天科技集團(tuán)五院了解到，為實(shí)現(xiàn)“太空之吻”，他們采用了很多黑科技。例如軌返組合體身上安裝有3個(gè)對(duì)接機(jī)構(gòu)主動(dòng)件，又稱(chēng)為“抱爪”，它們可在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中完全貼近上升器，主動(dòng)用“抱爪”緊扣上升器身上的對(duì)接機(jī)構(gòu)被動(dòng)件，將上升器拉入懷中。在此過(guò)程中，它對(duì)于速度、位置都有極為細(xì)致的把握，對(duì)微重力環(huán)境、熱環(huán)境等有極為細(xì)心的考慮，用極高的控制精度來(lái)保證任務(wù)的圓滿(mǎn)完成。

除了交會(huì)對(duì)接之外，嫦娥五號(hào)上升器與軌道器和返回器組合體還實(shí)現(xiàn)自主轉(zhuǎn)移從月球采集的樣品。據(jù)了解，這對(duì)各分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)精度、裝配精度和制造精度提出很高的要求，裝配精度要達(dá)到毫米級(jí)，制造精度要達(dá)到微米級(jí)。以看似簡(jiǎn)單的樣品艙艙蓋為例，它先后經(jīng)歷了總體設(shè)計(jì)部機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)的8年打磨，在重量指標(biāo)極其苛刻的前提下，樣品艙艙蓋能滿(mǎn)足多器以及多個(gè)分系統(tǒng)之間的復(fù)雜接口關(guān)系，在樣本容器完成對(duì)接轉(zhuǎn)移后，通過(guò)精密的單向止回機(jī)構(gòu)將月球樣品穩(wěn)穩(wěn)地固定在樣品艙內(nèi)，堪稱(chēng)嫦娥五號(hào)探測(cè)器的“終極藏寶箱”?！?/p>