【样品|嫦娥五号实现中国航天又一个“首次”—— 月球轨道交会对接】【环球时报采访人员 刘扬】《环球时报》采访人员从国家航天局获悉 ， 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 。 这个“太空之吻”的成功意味着 ， 继地外天体的采样与封装、地外天体的起飞之后 ， 嫦娥五号实现了中国航天的又一个“首次”——月球轨道交会对接 。
精心准备的“太空之吻”
据《环球时报》采访人员了解 ， 当嫦娥五号的着陆器和上升器组合体在月球表面进行世界瞩目的“挖土”作业时 ， 月球轨道上的轨道器和返回器组合体这个重达2.3吨的“小胖子”悄无声息地先后完成4次轨道调整 ， 进入距离月面约200公里的环月圆轨道 ， 等待中国航天史上首次月球轨道“太空之吻” 。
嫦娥五号上升器于12月3日从月面起飞后 ， 经过多次远程导引 ， 即由人工通过计算一步步把上升器送到210公里环月圆轨道轨返组合体的斜上方 ， 抵达后者能“看到”的位置 。 选择这样的轨道是因为此后的交会对接过程 ， 地面人员只能“观棋不语”：月球轨道的交会对接精度要求是厘米级 ， 而目前地面对38万公里外的测控精度是公里级 ， 已经远超人工控制的能力范围 。 加之相较于神舟飞船在地球轨道的交会对接 ， 月球轨道每圈有1/3的时间位于不可测弧段 。 所以后续的交会对接过程实际是由制导导航与控制系统智能自主完成 。
《环球时报》采访人员从航天科技集团五院获悉 ， 我国现已掌握的地球轨道交会对接通常采用“小星追大星” ， 用弱撞击的方式实现对接 ， 但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 ， 质量较轻的上升器很可能被撞飞 ， 所以嫦娥五号采用“停控加抓取”的方式 ， 也就是在轨道器追赶上升器并以相同速度飞行 ， 然后“伸手”牵过上升器 ， 实现对接 。
《环球时报》采访人员从国家航天局获悉 ， 在样品容器安全转移至返回器后 ， 6日12时35分 ， 嫦娥五号轨道器和返回器组合体与上升器成功分离 ， 进入环月等待阶段 ， 准备择机返回地球 。
比神舟飞船载人对接难度更大
《环球时报》采访人员了解到 ， 地球轨道上的交会对接如果不成功可以撤回重来 ， 但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 ， 嫦娥五号月球轨道交会对接必须在规定时间内完成 ， 若时间太长 ， 航天器上的能源、热控将无法支撑 。 同时如果对接不成功 ， 在撤回和重新组织的过程中 ， 地球与月球的位置关系发生变化 ， 有很大风险错过月地返回窗口 ， 因此从保安全的角度可以说 ， 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 。
《环球时报》采访人员从嫦娥五号交会对接核心设备——交会对接微波雷达研制单位中国航天科工二院25所了解到 ， 该微波雷达作为中远距离测量的唯一手段 ， 是中国首次月球轨道无人交会对接的核心装备 。 据介绍 ， 该设备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 ， 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 。
交会对接微波雷达总工程师孙武介绍称 ， “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 ， 研制单位攻克了相位干涉仪测角、大宽角度测量等关键技术 。 ”
背后暗藏各种黑科技
《环球时报》采访人员从航天科技集团五院了解到 ， 为实现“太空之吻” ， 他们采用了很多黑科技 。 例如轨返组合体身上安装有3个对接机构主动件 ， 又称为“抱爪” ， 它们可在运动过程中完全贴近上升器 ， 主动用“抱爪”紧扣上升器身上的对接机构被动件 ， 将上升器拉入怀中 。 在此过程中 ， 它对于速度、位置都有极为细致的把握 ， 对微重力环境、热环境等有极为细心的考虑 ， 用极高的控制精度来保证任务的圆满完成 。除了交会对接之外 ， 嫦娥五号上升器与轨道器和返回器组合体还实现自主转移从月球采集的样品 。 据了解 ， 这对各分系统的设计精度、装配精度和制造精度提出很高的要求 ， 装配精度要达到毫米级 ， 制造精度要达到微米级 。 以看似简单的样品舱舱盖为例 ， 它先后经历了总体设计部机构分系统团队的8年打磨 ， 在重量指标极其苛刻的前提下 ， 样品舱舱盖能满足多器以及多个分系统之间的复杂接口关系 ， 在样本容器完成对接转移后 ， 通过精密的单向止回机构将月球样品稳稳地固定在样品舱内 ， 堪称嫦娥五号探测器的“终极藏宝箱” 。
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