嫦娥五號背後的「黑科技」

    【中新社北京12月6日電】(作者 郭超凱)北京時間12月6日5時42分，嫦娥五號上昇器成功與軌道器和返回器組合體交會對接，並於6時12分將樣品容器安全轉移至返回器中。這是中國首次實現月球軌道交會對接。記者採訪航天專家，揭秘38萬公里外嫦娥五號“太空牽手”背後的“黑科技”。
　　月軌上“浪漫牽手”
　　交會對接在中國航天領域已經是一項比較成熟的技術。在此前的載人航天工程任務中，中國航天器在近地軌道已進行過多次交會對接。但這次是在距離38萬公里之外的月球軌道，技術難度更大。
　　在交會對接過程中，地面人員祗能“觀棋不語”、不能參與其中。中國航天科技集團五院專家表示，月球軌道的交會對接精度要求是厘米級，而目前地面對38萬公里外的測控精度是公里級，加之相較于神舟飛船的交會對接，月球軌道每圈有1/3的時間位於不可測弧段，因此人工導引至此結束，後續的交會和對接過程將由制導導航與控制（GNC）系統智能自主完成，這一過程稱之為近程自主控制段，這對GNC系統的自主管理、自主診斷、自主重構等方面提出了極高的智能和可靠性要求。
　　和中國現已掌握的地球軌道交會對接採用的“小星追大星”、用弱撞擊的方式實現對接不同，嫦娥五號軌返組合體追上昇器屬於“大星追小星”，如果用撞擊的方式對接會把上昇器撞飛。因此，嫦娥五號採用了停控加抓取的方式，在軌道器追上上昇器、以相同速度飛行過程中，從後面“伸手”牽過上昇器之後拉緊，實現對接。
　　創新“抱爪式對接”
　　國際空間站裡，主要依靠對接機構來實現更大噸位的飛行器的組裝。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，在對接後可形成一個通道，方便航天員在其中穿行。與載人航天對接機構不同，嫦娥五號探測器採用了抱爪式對接機構方案，從“太空之吻”變成“太空牽手”。
　　中國航天科技集團八院嫦娥五號探測器副總指揮張玉花說，抱爪機構具有重量輕、捕獲可靠、結構簡單、對接精度高等優點，嫦娥五號採用了抱爪式對接機構，通過增加連桿棘爪式轉移機構，實現了對接與自動轉移功能的一體化，這些設計理念都是世界首創。
　　“所謂的抱爪，其實形象地說，就像我們手握棍子的動作，兩個方向一用力，就可以把棍子牢牢地握在手中。”嫦娥五號軌道器技術副總負責人胡震宇介紹說。
　　看似簡單的過程，但要在38萬公里之外高速運行的飛行器上實現，卻遠沒有那麼簡單。對接全步驟要在21秒內完成，1秒捕獲、10秒校正、10秒鎖緊。為此研製人員做了35項故障預案，從啟動開始到交會對接，全部採用自動控制。
　　微波“紅娘”助“牽手”
　　這次跨越38萬公里的“太空牽手”，由中國航天科工集團研製的嫦娥五號交會對接微波雷達，作為探測器在月球軌道中遠距離測量的唯一手段，成功引導嫦娥五號實現首次月球軌道無人交會對接。該對接技術是嫦娥五號任務中“四大關鍵技術”之一。
　　嫦娥五號交會對接微波雷達是一組成對產品，由雷達主機和應答機組成，分別安裝在嫦娥五號探測器的軌道器和上昇器上。當軌道器、上昇器相距約100千米時，微波雷達開始工作，不斷為導航控制分系統提供兩個航天器之間的相對運動參數，並進行雙向空空通信。
　　在保證交會對接測量“本職工作”的同時，微波雷達還昇級了航天器之間雙向空空通信的“第二職業”。從雷達與應答機之間“一問一答”的傳輸方式，昇級至軌道器與上昇器之間的“溝通對話”，實現了遙控指令和遙測參數的雙向傳輸。“我們為這次交會對接打造的，不僅是‘千里眼’，還是‘順風耳’，昇級後的它更小巧、更強大、更可靠。”中國航天科工集團二院25所交會對接微波雷達總工程師孫武說。
　　此外，由中國航天科工集團研製的高精度加速度計組合、石英撓性加速度計及I/F轉換電路組成的“慣測小分隊”，一路以穩定可靠的表現為嫦娥五號提供高精度加速度信息，為這次交會對接穩住速度。
　　在完成月球軌道交會對接、在軌樣品轉移後，下一步，嫦娥五號探測器攜帶月球“土特產”，重新投入地球的懷抱。