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任务|嫦娥五号月球“打卡”归来 轨道器“摆渡”回家之路

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任务|嫦娥五号月球“打卡”归来 轨道器“摆渡”回家之路
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效果图 。 中国航天科技集团八院 供图
中新网上海12月17日电 题：嫦娥五号月球“打卡”归来 轨道器“摆渡”回家之路
作者 郑莹莹 郭超凯
北京时间12月17日凌晨 ， 嫦娥五号返回器携带月球样品返回地球 ， 中国首次月面自动采样返回任务取得圆满成功 。 在此过程中 ， 由中国航天科技集团有限公司八院研制的轨道器 ， 像“太空邮差” ， 护送嫦娥五号返回地球 。
头顶肚装的“太空搬运工”
嫦娥五号探测器为四器组合体设计 ， 由着陆器、上升器、轨道器、返回器4个部分组合而成 。 其中 ， 返回器、着陆器、上升器均有载人航天和探月工程一期、二期的研制基础 ， 而轨道器的研制可谓“白手起家” 。 根据任务要求 ， 自身1吨多的嫦娥五号轨道器 ， 需要头“顶”3.7吨的着陆上升组合体 ， 肚“装”3吨推进剂和300多公斤返回器 ， 并在飞行过程中依次分离着陆上升组合体、对接与样品转移机构和返回器 ， 这也让轨道器成为中国首个具有“大承载”“分离面多”等多个特点的月球探测飞行器 。
【任务|嫦娥五号月球“打卡”归来 轨道器“摆渡”回家之路】为了达到构型优化与减重目标 ， 总体、结构、热控等多个系统的研制人员 ， 先后论证了10余种构型 ， 最终在继承神舟飞船推进舱外承力筒大构型的基础上 ， 创新性地提出了支撑舱、对接舱和推进仪器舱“三舱构型方案” ， 实现“头顶”和“肚中”载荷两条路线独立传递 ， 极大提高了结构承载效率；实现支撑舱、对接舱“专舱专用”“用后即抛” ， 为其后续任务腾出通道 ， 又减轻了质量 ， 节约了推进剂 。
勤勤恳恳的“行李转运员”
嫦娥五号的着陆器与上升器组合体成功采样之后 ， 携带月壤的上升器无法利用自身的动力返回地球 ， 必须通过“太空物流”的形式 ， 将货物送达 。
而“太空物流”顺畅与否 ， 关键要看“交会对接” 。 国际空间站里 ， 主要依靠对接机构来实现更大吨位的飞行器组装 。 载人航天使用的对接机构学名叫异体同构周边式对接机构 ， 在对接后可形成一个通道 ， 方便航天员在其中穿行 。 与载人航天对接机构不同 ， 嫦娥五号探测器采用抱爪式对接机构 ， 由3套K形抱爪构成 ， 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 。
嫦娥五号取土归来的途中 ， 上升器和轨道器完成了首次月球轨道交会对接 ， 珍贵的月球土壤样品“包裹”得以转移至返回器内 。 轨道器就像在月球轨道环绕的“邮差” ， 勤勤恳恳地完成“打包”“装箱”后 ， 迅速进入月地转移轨道执行隔空投送 ， 将月壤样品捎回蓝色星球 。
挑战重重的“月轨换乘路”
这次“交会对接”有多难？嫦娥五号探测器副总指挥张玉花说 ， “世界首次月球轨道无人交会对接 ， 可以说对此次任务成败起到决定性作用” 。 她介绍 ， 单从交会对接与样品转移任务来看 ， 可靠性是要求最高的 ， 因为整个过程只能一次成功 ， 没有第二次机会 。 为了保证它的可靠性 ， 对接与样品转移机构做了多重冗余 ， 仅仅对接验证试验 ， 地面就模拟了数千次 。 同时 ， 月球轨道相对地球轨道有时延 ， 时间走廊较小 ， 对时效性要求非常高 。 环月轨道的交会对接任务需要在21秒内完成 ， 1秒捕获 ， 10秒校正 ， 10秒锁紧 。 样品转移任务接口多 ， 环节多 ， 过程复杂 。
嫦娥五号探测器副总设计师查学雷说 ， “轨道器对接与样品转移机构从无到有 ， 历经了10年的研发、制造与测试之路 ， 到最后以‘坚实臂膀’迎接上升器 ， 温和转移了样品容器 ， 成就嫦娥五号样品返回中极为重要的一环 。 ”
世界首次月球轨道无人交会对接中 ， 从启动开始到交会对接 ， 全部采用自动控制 。 对接与样品转移分系统副主任师刘仲说 ， 为保证任务顺利完成 ， 团队做了35项故障预案 ， 但一项都没有用上 ， 这就是最好的结果 。 (完)

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