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嫦娥五号探测器系列报道
更新日期:2020-11-28    作者:网络综合    编辑:admin    点击量:9570

嫦娥五号成功落月

新华视点

2020-12-01

 

记者从国家航天局获悉,202012123时许,嫦娥五号探测器的着陆器、上升器组合体成功实现在月面预定区域软着陆,成功着陆在月球正面预选着陆区,成为我国第三个成功实施月面软着陆的探测器。成功着陆后,着陆器在地面控制下,将正式开始持续约2天的月面工作。

在历经主动减速、快速调整、悬停避障、缓速下降等阶段后,着陆器、上升器组合体最后稳稳地落于月面。

后续组合体将开启采样、探测等工作。

 

揭秘:四项技能助力“嫦娥”完美落月

 

“嫦娥”这一落看似轻盈,却凝聚了科研人员的智慧。嫦娥五号探测器抓总研制单位中国航天科技集团五院的专家们通过一系列精巧的设计和技术攻关,确保了“嫦娥”完美落月。

粗精接力  灵巧避障

嫦娥五号任务的落月和近月制动一样,都只有一次机会,必须一次成功。由于还涉及采样后上升器在月面起飞,所以嫦娥五号的落月过程也是为后续上升器在月面起飞选择“发射场”的过程。

相较于此前的嫦娥三号、四号任务,嫦娥五号任务对于探测器着陆点的位置精度和平整度有空前高的要求:着陆区域内应没有太高的凸起,没有太深的凹坑,坡度也要符合任务要求。可以说,落月的过程就是着陆器、上升器组合体边飞行边找寻落点,在大约15分钟内完成约600公里外的全程自主跳伞。

为了实现“选址正确,落得准确”,嫦娥五号探测器采用了五院502所研发的“粗精接力避障”的落月方式,该方式已经在嫦娥三号和四号上得到成功应用。落月过程中,在502所研制的制导导航与控制(GNC)系统的指挥下,着陆器、上升器组合体先是大推力反向制动快速减速,然后快速调整姿态并对预定落区地形进行拍照识别,避开大的障碍,实现“粗避障”;然后组合体在飞到距离月面100米时悬停,并再次对选定区域进行精确拍照,实现“精避障”;之后组合体再斜向下飘向选定的着陆点,在移动到着陆点正上方之后开始竖直下降,到距离月面较近时关闭发动机,然后利用着陆腿的缓冲实现软着陆。

缓冲“腿”助“嫦娥”稳抱月球

落月的关键在于平稳。着陆器、上升器组合体在落月时,撞击月面会对载荷形成较大的冲击,必须设计相应的着陆缓冲系统,来确保探测器不翻倒、不陷落。这是落月的技术难题之一。着陆缓冲机构,通俗地说就是组合体的“腿”。

这四条缓冲、支撑一体化的“腿”可不一般,它们来自于机构分系统团队精心设计、巧手研制。着陆缓冲机构具有完全自主知识产权的“偏置收拢、自我压紧”式方案,保证了收拢简单、展开可靠,解决了着陆缓冲、着陆稳定性等多方面的问题。

与嫦娥三号的着陆缓冲设计方案相比,由于任务难度增加,嫦娥五号任务的着陆缓冲能力要求提高了30%,但机构重量指标却减少了5%。这为总体设计部的团队成员带来了不小的难题。面临减重的难关,研制团队反复迭代,每次修改完设计,讨论时一旦发现新的减重突破口,又毫不犹豫地再次推翻设计、继续修改,最终成功满足了设计指标,确保了嫦娥五号稳定可靠地完成与月球的亲密拥抱。

“天黑请闭眼”设计确保着陆防尘

在着陆器、上升器组合体落月过程中还有两个精妙的设计。虽然表面上看是着陆器“背着”上升器软着陆到了月面上,但实际上整个落月的过程中,着陆器制导导航与控制系统的工作和智能自主的指挥过程都是借助了“外脑”和“外眼”。这个“外脑”和“外眼”分别是上升器月面起飞时要用的“最强大脑”中央控制计算机和通过“看星星”确定自己姿态的星敏感器。这是设计人员根据“上升器全程陪同着陆器”的实际想出的妙招,既节约了成本又减轻了重量。

由于距离月面较近时主发动机会激起的月尘污染星敏感器,从而影响上升器在月面起飞,所以科研人员专门设计了盖子,在距离月面一定的高度时把星敏感器的镜头盖起来,大家称之为“天黑请闭眼”,待落月之后月尘散去再通知星敏感器把盖子打开,这一睁一闭之间,着陆器和上升器组合体已经顺利着陆在月亮上。

轻量定向天线畅联地月

“嫦娥”落月牵动着大家的心。38万公里外的探测器正经历着什么样的考验?所有的消息都需通过着陆器、上升器组合体的一口小小的“锅”来时时传送遥测数据。这个“小锅”就是定向天线——把探测器上的数据传输到地面的发射转换装置。

从月球把数据发送回地球,通信距离是地面手机通信的几万倍。这就需要采取特殊的对地定向天线来发送数据。五院总体设计部科研人员设计的定向天线包含了反射面天线辐射器、双轴驱动机构。双轴驱动机构就像人的肩关节、肘关节,驱动反射天线辐射器灵活地转动,确保“小锅”始终对准地面。此外,这款反射面天线采用了极致轻量化设计,相比同类天线减重40%以上,既轻便又可靠。

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