嫦娥五號告訴你如何在38萬公里外“深情擁抱”

2月6日清晨，嫦娥五號上升器與軌道返回組合體在月球軌道上，實現(xiàn)了我國首次月球軌道自動無人交會對接與樣品轉(zhuǎn)移。

對接機構設計理念世界首創(chuàng)

看點1:對接全步驟要在21秒內(nèi)完成，1秒捕獲、10秒校正、10秒鎖緊。為此研制團隊做了35項故障預案，從啟動開始到交會對接，全部采用自動控制。

嫦娥五號采用的對接方式，與我國載人航天任務交會對接有很大區(qū)別。

載人航天使用的對接機構學名叫異體同構周邊式對接機構，在對接后可形成一個80厘米左右的通道，方便航天員穿行。而月球探測對探測器的質(zhì)量和空間有嚴苛限制。嫦娥五號對接機構必須小而精，重量要減小到周邊式對接機構的1/15，同時還要具備樣品容器捕獲、自動轉(zhuǎn)移功能。

據(jù)中國航天科技集團八院嫦娥五號探測器副總指揮張玉花介紹，研制團隊在嫦娥五號上采用了抱爪式對接機構，通過增加連桿棘爪式轉(zhuǎn)移機構，實現(xiàn)了對接與自動轉(zhuǎn)移功能的一體化。這些設計理念是世界首創(chuàng)。

捕獲、收攏、轉(zhuǎn)移，過程看似簡單，要在38萬公里之外高速運行的飛行器上實現(xiàn)，卻并不那么容易。

“月球軌道相對于地球軌道有時延，時間走廊較小，這就對時效性要求非常高，必須一氣呵成完成對接與轉(zhuǎn)移任務。”對接機構與樣品轉(zhuǎn)移分系統(tǒng)技術負責人劉仲說。

他們還構建了整機特性測試臺、性能測試臺、綜合測試臺、熱真空試驗臺四大測試系統(tǒng)，先后進行了661次對接測試、518次樣品轉(zhuǎn)移測試。劉仲說，科研人員甚至故意在試驗中加入小故障，讓對接機構自動判別，進行故障排除，以確保自動對接與樣品轉(zhuǎn)移過程萬無一失。

雷達從百公里外牽線搭橋

看點2:微波雷達測角精度的提高，使對接雙方在距離20米時，上升器對接機構抱爪的鎖定圓面，從之前的半徑5厘米縮小到半徑3厘米。這2厘米之差，大幅提升了精準對接的勝算。

實現(xiàn)完美對接之前，先要讓軌道器和上升器靠近對方。中國航天科工集團二院25所(以下簡稱25所)研制的嫦娥五號交會對接微波雷達，作為中遠距離測量的唯一手段，為此次交會對接牽線搭橋。

據(jù)交會對接微波雷達總工程師孫武介紹，在我國載人航天工程任務中，航天器在近地軌道進行過多次交會對接，都應用了25所微波雷達。不同的是，這次交會對接是在38萬公里之外的月球軌道，難度更大。與近地軌道相比，月球軌道沒有衛(wèi)星導航等服務資源，微波通信是中遠距離測量的唯一手段。同時月軌環(huán)境更復雜，要克服月球引力影響，因此自動交會對接對微波雷達提出的要求極為苛刻。

為此，25所攻克了大寬角度測量等關鍵技術。

此次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，這要求微波雷達的測角精度更高。“我們采用了創(chuàng)新的誤差補償算法，將微波雷達的測角精度從0.15°提高到了0.1°。” 微波雷達項目主任設計師賀中琴介紹說。

另外，上升器在落月時難免形成揚塵，有可能對對接用應答機造成干擾，降低測角精度。為此，設計師在應答機上安裝了用特殊材料制作的防塵罩，如同給千里眼戴上了護目鏡，規(guī)避了這一隱患。

完美記錄“擁抱”全過程

看點3:嫦娥五號搭載的雙譜段監(jiān)視相機集紅外和可見光成像于一體，可根據(jù)遙控指令要求在6種拍攝模式中自由切換。

這次發(fā)生在38萬公里外的交會對接過程，被中國航天科技集團八院控制所研制的紅外及可見光雙譜段監(jiān)視相機記錄了下來，完美呈現(xiàn)給千千萬萬關注著“嫦娥”的人們。

控制所光學導航專家鄭循江介紹，該相機相當于給普通相機加上了夜視儀，即使交會對接過程發(fā)生在月背，接受不到太陽光照，也可以通過紅外相機記錄下來。在有光照的情況下，如果光照太強，可見光相機拍攝的照片可能出現(xiàn)過曝的情況。而這款雙譜段相機可以確保全天時、全光照條件下記錄交會對接過程。

為了給觀眾呈現(xiàn)高清畫質(zhì)，該相機可見光譜段分辨率達到2048×2048;紅外譜段選用非制冷長紅外波段，分辨率為640×480。但要在此基礎上實現(xiàn)紅外和可見光同時成像，數(shù)據(jù)量巨大，研制初期產(chǎn)品始終無法達到任務要求的幀頻。項目團隊通過優(yōu)化DSP軟件架構和算法，提升了軟件運行效率。 ? (咸寧日報綜合)