2月6日清晨，嫦娥五號(hào)上升器與軌道返回組合體在月球軌道上，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)首次月球軌道自動(dòng)無人交會(huì)對(duì)接與樣品轉(zhuǎn)移。

對(duì)接機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)理念世界首創(chuàng)

看點(diǎn)1:對(duì)接全步驟要在21秒內(nèi)完成，1秒捕獲、10秒校正、10秒鎖緊。為此研制團(tuán)隊(duì)做了35項(xiàng)故障預(yù)案，從啟動(dòng)開始到交會(huì)對(duì)接，全部采用自動(dòng)控制。

嫦娥五號(hào)采用的對(duì)接方式，與我國(guó)載人航天任務(wù)交會(huì)對(duì)接有很大區(qū)別。

載人航天使用的對(duì)接機(jī)構(gòu)學(xué)名叫異體同構(gòu)周邊式對(duì)接機(jī)構(gòu)，在對(duì)接后可形成一個(gè)80厘米左右的通道，方便航天員穿行。而月球探測(cè)對(duì)探測(cè)器的質(zhì)量和空間有嚴(yán)苛限制。嫦娥五號(hào)對(duì)接機(jī)構(gòu)必須小而精，重量要減小到周邊式對(duì)接機(jī)構(gòu)的1/15，同時(shí)還要具備樣品容器捕獲、自動(dòng)轉(zhuǎn)移功能。

據(jù)中國(guó)航天科技集團(tuán)八院嫦娥五號(hào)探測(cè)器副總指揮張玉花介紹，研制團(tuán)隊(duì)在嫦娥五號(hào)上采用了抱爪式對(duì)接機(jī)構(gòu)，通過增加連桿棘爪式轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)接與自動(dòng)轉(zhuǎn)移功能的一體化。這些設(shè)計(jì)理念是世界首創(chuàng)。

捕獲、收攏、轉(zhuǎn)移，過程看似簡(jiǎn)單，要在38萬公里之外高速運(yùn)行的飛行器上實(shí)現(xiàn)，卻并不那么容易。

“月球軌道相對(duì)于地球軌道有時(shí)延，時(shí)間走廊較小，這就對(duì)時(shí)效性要求非常高，必須一氣呵成完成對(duì)接與轉(zhuǎn)移任務(wù)?！睂?duì)接機(jī)構(gòu)與樣品轉(zhuǎn)移分系統(tǒng)技術(shù)負(fù)責(zé)人劉仲說。

他們還構(gòu)建了整機(jī)特性測(cè)試臺(tái)、性能測(cè)試臺(tái)、綜合測(cè)試臺(tái)、熱真空試驗(yàn)臺(tái)四大測(cè)試系統(tǒng)，先后進(jìn)行了661次對(duì)接測(cè)試、518次樣品轉(zhuǎn)移測(cè)試。劉仲說，科研人員甚至故意在試驗(yàn)中加入小故障，讓對(duì)接機(jī)構(gòu)自動(dòng)判別，進(jìn)行故障排除，以確保自動(dòng)對(duì)接與樣品轉(zhuǎn)移過程萬無一失。

雷達(dá)從百公里外牽線搭橋

看點(diǎn)2:微波雷達(dá)測(cè)角精度的提高，使對(duì)接雙方在距離20米時(shí)，上升器對(duì)接機(jī)構(gòu)抱爪的鎖定圓面，從之前的半徑5厘米縮小到半徑3厘米。這2厘米之差，大幅提升了精準(zhǔn)對(duì)接的勝算。

實(shí)現(xiàn)完美對(duì)接之前，先要讓軌道器和上升器靠近對(duì)方。中國(guó)航天科工集團(tuán)二院25所(以下簡(jiǎn)稱25所)研制的嫦娥五號(hào)交會(huì)對(duì)接微波雷達(dá)，作為中遠(yuǎn)距離測(cè)量的唯一手段，為此次交會(huì)對(duì)接牽線搭橋。

據(jù)交會(huì)對(duì)接微波雷達(dá)總工程師孫武介紹，在我國(guó)載人航天工程任務(wù)中，航天器在近地軌道進(jìn)行過多次交會(huì)對(duì)接，都應(yīng)用了25所微波雷達(dá)。不同的是，這次交會(huì)對(duì)接是在38萬公里之外的月球軌道，難度更大。與近地軌道相比，月球軌道沒有衛(wèi)星導(dǎo)航等服務(wù)資源，微波通信是中遠(yuǎn)距離測(cè)量的唯一手段。同時(shí)月軌環(huán)境更復(fù)雜，要克服月球引力影響，因此自動(dòng)交會(huì)對(duì)接對(duì)微波雷達(dá)提出的要求極為苛刻。

為此，25所攻克了大寬角度測(cè)量等關(guān)鍵技術(shù)。

此次交會(huì)對(duì)接是體量相差巨大的“大追小”復(fù)雜受力過程，采用了抱爪式的弱撞擊對(duì)接機(jī)構(gòu)，這要求微波雷達(dá)的測(cè)角精度更高?！拔覀儾捎昧藙?chuàng)新的誤差補(bǔ)償算法，將微波雷達(dá)的測(cè)角精度從0.15°提高到了0.1°。” 微波雷達(dá)項(xiàng)目主任設(shè)計(jì)師賀中琴介紹說。

另外，上升器在落月時(shí)難免形成揚(yáng)塵，有可能對(duì)對(duì)接用應(yīng)答機(jī)造成干擾，降低測(cè)角精度。為此，設(shè)計(jì)師在應(yīng)答機(jī)上安裝了用特殊材料制作的防塵罩，如同給千里眼戴上了護(hù)目鏡，規(guī)避了這一隱患。

完美記錄“擁抱”全過程

看點(diǎn)3:嫦娥五號(hào)搭載的雙譜段監(jiān)視相機(jī)集紅外和可見光成像于一體，可根據(jù)遙控指令要求在6種拍攝模式中自由切換。

這次發(fā)生在38萬公里外的交會(huì)對(duì)接過程，被中國(guó)航天科技集團(tuán)八院控制所研制的紅外及可見光雙譜段監(jiān)視相機(jī)記錄了下來，完美呈現(xiàn)給千千萬萬關(guān)注著“嫦娥”的人們。

控制所光學(xué)導(dǎo)航專家鄭循江介紹，該相機(jī)相當(dāng)于給普通相機(jī)加上了夜視儀，即使交會(huì)對(duì)接過程發(fā)生在月背，接受不到太陽光照，也可以通過紅外相機(jī)記錄下來。在有光照的情況下，如果光照太強(qiáng)，可見光相機(jī)拍攝的照片可能出現(xiàn)過曝的情況。而這款雙譜段相機(jī)可以確保全天時(shí)、全光照條件下記錄交會(huì)對(duì)接過程。

為了給觀眾呈現(xiàn)高清畫質(zhì)，該相機(jī)可見光譜段分辨率達(dá)到2048×2048;紅外譜段選用非制冷長(zhǎng)紅外波段，分辨率為640×480。但要在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)紅外和可見光同時(shí)成像，數(shù)據(jù)量巨大，研制初期產(chǎn)品始終無法達(dá)到任務(wù)要求的幀頻。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)通過優(yōu)化DSP軟件架構(gòu)和算法，提升了軟件運(yùn)行效率。 ? (咸寧日?qǐng)?bào)綜合)