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中国青年报:嫦娥五号的又一个首次:跨越38万公里“太空牵手”

发布时间:2020-12-09    信息来源: 中国青年报

中青报?中青网记者 邱晨辉

北京时间12月6日5时42分,嫦娥五号上升器成功与轨道器和返回器组合体交会对接,并于6时12分将样品容器安全转移至返回器中。

这是我国首次实现月球轨道交会对接,也是跨越38万公里的首次“太空牵手”。后续,嫦娥五号轨道器和返回器组合体将与上升器分离,择机返回地球。

交会对接示意动画。中国航天科工二院供图

嫦娥五号月球采样返回,是我国航天领域迄今为止最复杂、难度最高的任务之一。由中国航天科工集团研制的嫦娥五号交会对接微波雷达,作为探测器在月球轨道中远距离测量的唯一手段,成功引导探测器实现此次月球轨道无人交会对接。该对接技术也是嫦娥五号任务中“四大关键技术”之一。

和此前近地轨道交会对接相比,这次难度更大

据中国航天科工集团二院25所交会对接微波雷达总工程师孙武先容,月球轨道微波雷达是一组成对产品,由雷达主机和应答机组成,分别安装在嫦娥五号探测器的轨道器和上升器上。当轨道器、上升器相距约100公里时,微波雷达开始工作,不断为导航控制分系统提供两航天器之间的相对运动参数,并进行双向空空通信,两部航天器根据雷达提供信号调整飞行姿态,直至轨道器上的对接机构捕获、锁定上升器。随后,上升器中的月壤样品和容器转移。

此前,在我国的载人航天工程任务中,中国航天器在近地轨道进行过多次交会对接,都应用了航天科工的微波雷达。“五战五捷的表现足以证明,我国已经成功掌握交会对接技术。但不同的是,这次是在距离38万公里之外的月球轨道,难度更大。”孙武说。

具体来看,与近地轨道相比,月球轨道没有卫星导航等服务资源,微波通信是中远距离的唯一手段;月轨环境更复杂,要克服月球引力影响,自动交会对接对微波雷达提出的要求极为苛刻。

交会对接微波雷达团队在产品出厂前对其进行状态检测。中国航天科工二院供图

孙武告诉记者,因为嫦娥五号的轨道器和上升器交会对接,是体量相差巨大的“大追小”复杂受力过程,采用了抱爪式的弱撞击对接机构。这样一来,需要微波雷达的测角精度更高。为此,微波雷达团队攻克了相位干涉仪测角、大宽角度测量等关键技术。

微波雷达项目主任设计师贺中琴说,设计团队采用了创新的误差补偿算法,进一步提高了微波雷达的测角精度,大幅提升了精准对接的胜算。

此外,装有对接用应答机的上升器,在落月时难免形成扬尘,这些肉眼不可见的月尘干扰,将会严重降低测角精度。

中国航天科工集团二院25所青年设计师纪博打了一个比方:为确保安全度过月球之旅,应答机上安装了特殊材料的防尘罩,“就像给‘千里眼’戴上了‘护目镜’,‘嫦娥’的这双‘千里眼’,就不会变成‘近视眼’,甚至‘全盲’了。”

以前像上课点名答“到”,现在要负责更多信息传递

“大家为这次交会对接打造的,不仅是‘千里眼’,还是‘顺风耳’,升级后的它更小巧、更强大、更可靠。”孙武说。

据他先容,微波雷达在保证交会对接测量“本职工作”的同时,还升级了航天器之间双向空空通信的“第二职业”。从雷达与应答机之间“一问一答”的传输方式,升级至轨道器与上升器之间的“沟通对话”,实现了遥控指令和遥测参数的双向传输。

“以前就像老师上课点名,雷达发消息,应答机答‘到’。而现在它们不仅自己要通话,还要负责上升器和轨道器之间的信息传递。”贺中琴说。

在此前“天舟”“天宫”交会对接中,25所研制的微波雷达已经实现减重一半,这次嫦娥五号任务,微波雷达再进一步开展轻量化的改进。

“交会对接雷达减去的重量比月壤采样重量还高,哪怕一克的重量减轻,对月壤采样任务的意义都是巨大的。”孙武说。

在他看来,此次微波雷达在首次地外天体轨道对接过程中的“完美表现”,与之前载人航天工程的那五次任务一样。这也是航天团队对产品质量“零缺陷”的坚持,对“一次成功”的诠释。

孙武透露,微波雷达的每一步成长记录、每一帧拍照留存,都实现了百分百的过程可追溯;反复的测试迭代和全覆盖的试验验证,确保产品功能、性能的万无一失。

原文链接: https://s.cyol.com/articles/2020-12/06/content_DWGyjac3.html?gid=4LkvKv17
 

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