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漂亮!嫦娥五号成功落月!

时间:2020年12月02日 信息来源:本站原创 点击:760 字体:

2020年12月1日,在经历了为期一周的地月转移、近月制动、环月飞行之旅后,由航天科技集团五院抓总研制的嫦娥五号探测器成功在月球正面预选着陆区着陆,并传回着陆影像图,成为我国第三个成功实施月面软着陆的探测器。历经主动减速、快速调整、接近、悬停避障、缓速下降和自由下落段,嫦娥五号探测器着陆器和上升器组合体稳稳落在月面上,看似轻盈轻松,却蕴藏着航天科技集团五院的众多智慧和积淀。

 

自主控制精准落

 

嫦娥五号任务的落月和近月制动一样,都是只有一次机会,必须一次成功。由于涉及采样后上升器的月面起飞,所以,嫦娥五号落月的过程也是为后续上升器月面起飞选择“发射场”的过程。相较于嫦娥三号、四号,嫦娥五号对于着陆点的位置精度和平整度方面的高要求是空前的,需要一个着陆区域内无太高的凸起、无太深的凹坑,坡度要符合任务要求。这一过程堪比15分钟内、约600公里外的全程自主的边飞行边寻找落点的定点跳伞。

 

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为了实现“选址正确,落得准确”,嫦娥五号采用了在嫦娥三号、嫦娥四号上应用的“粗精接力避障”方式,即在航天科技集团五院502所的制导导航与控制(GNC)系统的指挥下,着陆上升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”,之后再斜向下落向选定的着陆点,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。

 

着陆缓冲机构显身手

 

落月的关键在于平稳二字。嫦娥五号着陆上升组合体在落月时,撞击月面会形成较大的冲击载荷,必须设计相应的着陆缓冲系统,吸收着陆的冲击载荷,保证探测器不翻倒、不陷落,这是落月的技术难题之一。着陆缓冲机构,通俗地说就是嫦娥五号的“腿”。

 

成功落月2.png


这四条缓冲、支撑一体化的“腿”可不一般,它们来自于航天科技集团五院总体设计部团队精心设计、巧手研制,更来源于嫦娥三号、嫦娥四号的完美基因。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。

 

经济的“外脑”“外眼”设计

 

其实在嫦娥五号的落月过程中还有两个精妙的设计是外人所不知道的,一是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着陆器GNC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”的,这个“外脑”和“外眼”分别就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。二是主发动机距离月面较近时会激起月尘污染上升器的星敏感器,从而影响上升器月面起飞,所以研制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,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,着陆上升组合体已经顺利着陆在月亮之上了。

 

成功落月3.jpg

▲星敏感器盖子模拟图

 

定向天线“一线牵”

 

落月牵动着国人的心。38万公里外的嫦娥五号正经历着什么样的考验?所有的讯息,都需通过着陆上升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。

 

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从月球把数据发送回地球,通信的距离相比地面手机通信,远了几万倍,这就需要采取特殊的对地定向天线来发送数据。航天科技集团五院总体设计部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。为了使整器减重,此款反射面天线极致轻量化设计,相比同类天线减重40%以上,既轻便又可靠。

 

嫦娥五号探测器成功着陆后,着陆器在地面控制下,将正式开始持续约2天的月面工作。



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