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嫦娥六号携土踏上回家路,五院GNC系统成就月背上的首次起飞

(日期:2024-06-04 )

2024年6月4日7时38分,由航天科技集团五院(以下简称五院)抓总研制的嫦娥六号上升器携带月球样品自月球背面起飞,3000N发动机工作约6分钟后,成功将上升器送入预定环月轨道。


6月2日至3日,嫦娥六号顺利完成在月球背面南极-艾特肯盆地的智能快速采样,并按预定形式将珍贵的月球背面样品封装存放在上升器携带的贮存装置中。采样和封装过程中,科研人员在五院地面实验室,根据鹊桥二号中继星传回的探测器数据,对采样区的地理模型进行仿真并模拟采样,为采样决策和各环节操作提供重要支持。


智能采样是嫦娥六号任务的核心关键环节之一,探测器经受住了月背高温考验,通过钻具钻取和机械臂表取两种方式,分别采集了月球样品,实现了多点、多样化自动采样。


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表取完成后,嫦娥六号着陆器携带的五星红旗在月球背面成功展开。这是中国首次在月球背面独立动态展示国旗。


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月面起飞是实施月面采样返回任务的一项关键动作,难度大,可靠性要求高。此次月面起飞是继嫦娥五号后我国第二次实施该动作,上升器上升和入轨的动作都由五院研制的GNC系统(制导导航与控制系统)智能自主完成。据回传的数据显示,上升器飞行过程稳定精准,充分展现了GNC系统的卓越性能和稳定性。两次月面起飞的工程实践,也将为后续深空探测任务的实施沉淀技术基础、积累实践经验。


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不同于地面的航天器发射任务,月面起飞面临着诸多独特的挑战:地面发射有完善的发射场系统,而月面起飞都是“临时场地”;地面发射有保障团队支撑,而月面起飞许多工作需要靠航天器自主完成;地面发射的起飞位置和起飞姿态可以精准测算和调整,而月面起飞只能靠飞行器自主提前识别;地面发射针对尾焰有导流槽,而月面起飞只能“因陋就简”;地面临近发射时发现问题可以临时取消,而月面起飞经不起太长时间等待……尤其是嫦娥六号探测器从月球背面起飞,更是难上加难、险上加险,其中最大的难点是智能自主控制。


嫦娥六号的月面起飞分为起飞准备、垂直上升、姿态调整和轨道入射四个阶段,其在智能自主方面的进化主要体现在第一个阶段,即起飞准备阶段。嫦娥六号月背起飞没有地面的直接测控,与地面的联系都需要通过鹊桥二号中继星“转达”。从工程任务万无一失的角度考虑,必须要考虑到和中继星通信不畅的情况,于是,智能自主的起飞准备便成了嫦娥六号区别于嫦娥五号月面起飞任务中最主要的地方,包括自主的位置确定、自主的姿态确定、自主的起飞参数计算等。


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嫦娥六号上升器的月面起飞准备工作在起飞前数小时就已开始,到了预定的起飞时刻,GNC系统就会控制上升器主发动机自行点火起飞,经过约6分钟的飞行后,准确进入预定环月轨道。整个起飞过程中的姿态控制、到达一定高度后的拐弯及最终的入轨都是由GNC系统控制的。


返程第一步的圆满成功使嫦娥六号任务的进度条又迈进了一大步。后续,上升器和轨道器返回器组合体将在月球轨道上演“追赶”和“牵手”。五院研制团队将以“视同生命的责任心、如履薄冰的敬畏心、宁静专注的平常心”对待后续每个动作,直至任务圆满成功。


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