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上海 首次月球轨道交会对接有多难？“上海制造”如何做到分毫不差

正在“回家”旅程中的嫦娥五号探测器又创造了历史。
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。在38万公里外的月球轨道上进行无人交会对接不仅在我国尚属首次，而且也是人类航天史上的第一次。
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交会对接瞬间
而实现这一重大突破的核心对接与样品转移机构，来自中国航天科技集团八院，是名副其实的“上海制造”。月球轨道“牵手”看似浪漫，实则充满风险。上海航天人是如何做到万无一失、分毫不差的？
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嫦娥五号采用抱爪式对接机构方案
交会对接其实大家已不陌生，尤其是我国已经在载人航天工程中突破了太空自动和手动交会对接技术。虽然同名“交会对接”，月球轨道对接与之有着极大区别。我国现已掌握的地球轨道交会对接采用的是“小星追大星”，用“弱撞击”方式实现的；嫦娥五号轨返组合体追上升器属于“大星追小星”，如果用撞击的方式对接会把上升器撞飞。
所以，与载人航天弱撞击型周边式对接机构不同，嫦娥五号采用了抱爪式对接机构方案，从“太空之吻”变成“月轨相拥”，就是在轨道器追上上升器并以相同速度飞行过程中，从后面 “伸手”牵过上升器之后拉紧，实现对接。“同时，还通过增加连杆棘爪式转移机构，实现了对接与自动转移功能的一体化，这些设计理念都是世界首创。”中国航天科技集团八院嫦娥五号探测器副总指挥张玉花说。
所谓的抱爪，其实形象地说，就像手握棍子的动作，两个方向一用力，就可以把棍子牢牢地握在手中。嫦娥五号轨道器技术副总负责人胡震宇说，“探测器采用的对接机构就是由3套K形抱爪构成的，当上升器靠近时，只要对准连接面上的3根连杆，将抱爪收紧，就可以实现两器的紧密连接。”
而轨道器和上升器对接完成后，还要进行一个重要动作，就是将上升器上装有月壤的样品容器转移到返回器中。
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样品由上升器转移至返回器
连杆棘爪式转移机构，采用了一个非常巧妙的设计。胡震宇介绍，“我们利用2套倒三角形构型的棘爪，通过4次伸缩，使得容器逐渐移动到返回器中。这个构形很像我们经常使用的扎带，相连后就只能单方向传递，只能前进不能后退。”
捕获、收拢、转移，看似简单的过程，但在38万公里之外高速运行的飞行器上实现却远远没有那么简单。
地球轨道上的交会对接如果不成功可以撤回来重来，嫦娥五号的月球轨道交会对接受制于月地返回窗口、热控、能源等约束，必须规定时间内完成，若时间太长，则星上能源、热控将无法支撑；若一次不成功，撤回、重新组织，则地月关系发生变化，将有很大风险错过月地返回窗口，因此从保安全的角度说，月球轨道交会对接任务是不可逆的，必须在规定时间内一次完成。
【 上海|首次月球轨道交会对接有多难？“上海制造”如何做到分毫不差】对接机构与样品转移分系统技术负责人刘仲解释说，“对接全步骤要在21秒内完成，1秒捕获、10秒校正、10秒锁紧。为此，做了35项故障预案，从启动开始到交会对接，全部采用自动控制。”为确保自动对接与样品转移过程的万无一失，上海航天人前前后后共进行了661次对接测试、518次样品转移测试。“我们甚至在试验中故意加入小故障，让对接机构自动判别，进行故障排除，最终确保了整个过程一气呵成、稳妥可靠。”
栏目主编：刘锟 文字编辑：刘锟
来源：作者：刘锟

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