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孙武|微波雷达助力嫦娥五号轨道器和上升器“太空牵手”

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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 。
由中国航天科工集团有限公司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首次月球轨道无人交会对接 。
该对接技术是嫦娥五号任务中“四大关键技术”之一 。
看得清 ， 更精准
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100km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 。
中国航天科工二院25所交会对接微波雷达总工程师孙武介绍 ， 此前的载人航天工程任务中 ， 我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 。
“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 ， 所以自动交会对接对微波雷达提出的要求极为苛刻 。 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 。 ”孙武重点强调了微波雷达产品应对月球轨道环境的新变化 。
其中对于大宽角度的精确测量 ， 孙武带领团队着实下了一番大功夫 。
因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 。
“我们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 。 ”微波雷达项目主任设计师贺中琴介绍说 。
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 。
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 。 ”青年设计师纪博已经是第二次参与交会对接任务 ， 说起自己的产品 ， 她自豪与兴奋地打起了比方 。
会说话 ， 更可靠
孙武说 ， “我们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 。 ”
微波雷达在保证交会对接测量“本职工作”的同时 ， 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 。
同时 ， 在此前“天舟”、“天宫”交会对接微波雷达已经实现减重一半的基础上 ， 这次再进一步开展了轻量化的改进 。
“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 。 ”孙武感慨 。
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 ， 毫无悬念、毫无差错 。 这也是孙武团队对产品质量“零缺陷”的坚持 ， 对“一次成功”的诠释 。
每一步的成长记录、每一帧的拍照留存 ， 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、性能的方方面面万无一失 。
“这没有捷径 ， ‘固化两头 ， 严控过程’是最有效的办法 。 ” 孙武说 ， “任务不完成 ， ‘双想’不停止 。 只要一天还没发射 ， 我们就要不断‘预想’、仔细‘回想’ 。 ”
“经过七项单机试验、三项分系统试验和五项系统试验的充分验证 ， 我们和它都做好了充分的准备 。 ”临近执行任务的那段日子 ， 贺中琴很是兴奋 。
【孙武|微波雷达助力嫦娥五号轨道器和上升器“太空牵手”】她透露 ， “针对月球轨道的特殊应用 ， 与前几次相比增加了抗月尘试验、抗干扰试验和交会对接无线兼容试验验证 ， 它的表现很好 。 ” 对贺中琴来说 ， 微波雷达就像自己的孩子 ， 出征前 ， 她充满了信心 ， 也充满了期待 。
“绝不把任何一点疑惑、缺陷带上太空” ， 这才是零缺陷的可靠产品 。
中国航天科工交会对接微波雷达在月球轨道的完美表现 ， 见证了我国首次在地外天体实现无人交会对接技术 。
正如孙武所说 ， “我们已整装待发 ， 向月球进发 ， 向更遥远的深空进发 ， 向更广阔的领域进发！”
（原题为《微波雷达助力嫦娥五号轨道器和上升器“太空牵手”》）
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