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交会对接!样品转移!顺利分离!嫦五这一波操作666!

时间:2020年12月06日 信息来源:本站原创 点击:542 字体:

12月6日5时42分,由航天科技集团五院抓总研制的嫦娥五号的上升器成功与轨道器和返回器组合体交会对接,并于6时12分将样品容器安全转移至返回器中。这是我国首次实现月球轨道交会对接。

 

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▲轨道器逐渐接近上升器(来源:国家航天局)

 

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▲轨道器与上升器完成交会对接(来源:国家航天局)


虽然中国已经在载人航天工程中突破了太空自动和手动交会对接技术,可月球轨道和地球轨道交会对接有很多不同点。

 

在交会对接之前,嫦娥五号轨返组合体通过4次轨道调整进入200公里环月圆轨道,等待上升器的到来。上升器通过人工远程导引,进入210公里环月圆轨道,在轨返组合体的斜上方,使轨返组合体能“看到”它。

 

因为月球轨道的交会对接精度要求是厘米级,而目前地面对38万公里外的测控精度是公里级,加之相较于神舟飞船的交会对接,月球轨道每圈有1/3的时间位于不可测弧段,所以,人工导引至此结束,后续的交会对接过程由航天科技集团五院502所研制的制导导航与控制(GNC)系统智能自主完成,这一过程被称为近程自主控制段,这对GNC系统的自主管理、自主诊断、自主重构等方面提出了极高的智能和可靠性要求。


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▲嫦娥五号轨道器和上升器月球轨道交会对接模拟图

 

在近程自主控制段,由GNC系统指挥,在微波雷达、激光雷达、交会对接成像敏感器的接力保障下,轨返组合体一步步追上上升器,直到可以牵手的距离,之后双方保持相同速度飞行。

 

其中,由航天科技集团五院西安分院研制的交会对接微波雷达就是通过捕获、跟踪、测量等一系列的手段为两个飞行器的“穿针引线”式的交会对接瞄准“针眼”,实现精准对接。同时可以实现轨道器和上升器之间的双向通信,包括指令等一些信息都要通过器间的双向通信来实现。由航天科技集团五院502所研制的交会对接成像敏感器作为影响交会对接任务成败的关键单机,是交会对接平移靠拢段从120米到对接完成唯一能够同时进行位置和姿态六自由度测量的关键单机,好比飞行器的“眼睛”。

 

在此次交会对接过程中,嫦娥五号轨返组合体追上升器属于大星追小星,与我国现已掌握的地球轨道交会对接采用的小星追大星、用弱撞击的方式实现对接不同。因为如果用撞击的方式对接会把上升器撞飞,所以,嫦娥五号采用的是停控加抓取的方式,就是在轨道器追上上升器并以相同速度飞行过程中,从后面 “伸手”牵过上升器之后拉紧,实现对接。

 

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▲嫦娥五号轨道器和上升器月球轨道交会对接模拟图

 

嫦娥五号的月球轨道交会对接受制于月地返回窗口、热控、能源等约束,必须在规定时间内完成,若时间太长,则星上能源、热控将无法支撑;若一次不成功,撤回,重新组织,则地月关系发生变化,将有很大风险错过月地返回窗口,因此从保安全的角度说,月球轨道交会对接任务是不可逆的,必须在规定时间内一次完成。

 

不仅交会对接的过程精巧细致,交会对接的产品设计也极为精密。为保证多器之间月球样品的通畅转移,航天科技集团五院总体设计部研制团队对各分系统的设计精度、装配精度和制造精度有更严苛的考量。结构分系统、机构分系统、对接机构与样品转移分系统、采样封装分系统的研制团队在进行指标分配时,保证装配精度要达到毫米级,制造精度要达到微米级。

 

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▲月球样品由嫦娥五号上升器转移至返回器模拟图

 

在样本容器完成对接转移后,通过精密的单向止回机构将月球样品稳稳地固定在样品舱内,并通过精巧设计的“转动+平动”的操作机构紧紧关闭舱盖。其中,样品舱与舱盖机构由航天科技集团五院总体设计部研制,在重量指标极其苛刻的前提下,样品舱盖能够满足多器以及多个分系统之间的复杂接口关系,这一产品看似小巧,实则肩负着守住月球样品最后一步“打包”工作的重任。

 

12月6日12时35分,嫦娥五号轨道器和返回器组合体与上升器成功分离,进入环月等待阶段,准备择机返回地球。

 

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▲嫦娥五号轨返组合体与上升器分离模拟图



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