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嫦娥五号实现吾国首次月球轨道交会对接

12月6日,经历了6天的孤独绕月之旅,嫦娥五号的轨道器行为此次探月义务的短驳车,终于等来了它的“乘客”——上升器,并相拥在一首。

当天早晨5时42分,嫦娥五号上升器成功与轨道器和返回器组相符体交会对接,并于6时12分将样品容器坦然迁移至返回器中。

这是吾国首次实现月球轨道交会对接,也是距离地球38万公里的首次“太空牵手”。中青报·中青网记者采访有关航天行家,揭秘“牵手”背后的“暗科技”。

21秒趁热打铁的背后,是地面上千次测试

熟识航天的人,对“交会对接”并不生硬,吾国载人航天义务此前多次向公多表现过这一形势。然而,嫦娥五号所采用的详细对接方式,却与之前大不相通。

中国航天科技集团八院嫦娥五号探测器副总指挥张玉花说,载人航天行使的对接机构,学名叫异体同构周边式对接机构,在对接后可形成一个80厘米旁边的通道,方便航天员在其中穿走;响答地,月球探测对探测器的质量和空间有厉苛控制,嫦娥五号的对接机构必须做到幼而精,其重量要减幼到周边式对接机构的十五分之一,同时,还要具备样品容器捕获、自动迁移功能,重量更轻、精度更高、过程更稳。

张玉花通知记者,设计团队在嫦娥五号上采用了抱爪式对接机构,这栽机构具有重量轻、捕获郑重、组织浅易、对接精度高等益处,始末增补连杆棘爪式迁移机构,实现了对接与自动迁移功能的一体化,这些设计理念都是世界首创。

“所谓‘抱爪’,现象地说,就像吾们手握棍子的行为,两个倾向一用力,就能够把棍子牢牢地握在手中。”嫦娥五号轨道器技术副总负责人胡震宇说。

据他介绍,嫦娥五号探测器采用的对接机构,由3套K形抱爪组成,当上升器挨近时,只要对准连接面上的3根连杆,将抱爪收紧,就能够实现两器的周详连接。

而轨道器和上升器对接完善后,还要进走一个主要行为,就是将上升器上装有月球“‘土’特产”的样品容器迁移到返回器中。

胡震宇说,连杆棘爪式迁移机构,采用了一个专门纤巧的设计,设计团队行使两套倒三角形构型的棘爪,始末4次伸缩,能够让容器逐渐移动到返回器中。这个构型很像人们频繁行使的扎带, LOL比赛下注相连后就只能片面向传递,只能进展不及退守。

捕获、相符拢、迁移,望似浅易的过程,要在38万公里之外高速运走的飞走器上实现,却远远异国那么浅易。

对接机构与样品迁移分编制技术负责人刘仲说,月球轨道相对于地球轨道未必延,时间走廊较幼,这就对时效性请求专门高,必须趁热打铁完善对接与迁移义务——对接全步骤要在21秒内完善,1秒捕获、10秒校正、10秒锁紧。为此,设计团队作了35项故障预案,从启动最先到交会对接,通盘采用自动控制。

据他介绍,设计团队构建了整机特性测试台、性能测试台、综相符测试台、炎真空试验台四大测试编制,先后进走了661次对接测试、518次样品迁移测试,始末一连地测试、优化,确保自动对接与样品迁移过程的稳操胜券。

“吾们团队甚至在试验时有意添入一些幼故障,让对接机构自动判别,进走故障倾轧,确保整个过程趁热打铁、郑重郑重。”刘仲说。

百公里外“牵线搭桥”,难度更大

完善“牵手”之前,先要让轨道器和上升器挨近对方。中国航天科工集团二院25所研制的嫦娥五号交会对接微波雷达,竞彩资讯行为中远距离测量的唯一手腕,为此次交会对接“牵线搭桥”。

据中国航天科工集团二院25所交会对接微波雷达总工程师孙武介绍,在此前的载人航天工程义务中,中国航天器在近地轨道已进走过多次交会对接。但在距离38万公里之外的月球轨道实走“牵手”,照样第一次,所以难度更大。

“与近地轨道相比,月球轨道异国卫星导航等服务资源,微波通信是中远距离的唯一手腕;月轨环境更复杂,要克服月球引力影响,自动交会对接对微波雷达挑出的请求极为苛刻。”孙武说。

他通知记者,当轨道器、上升器相距约100公里时,微波雷达最先做事,一连为导航控制分编制挑供两航天器之间的相对活动参数,并进走双向空空通信,两部航天器按照雷达挑供信号调整飞走姿态,直至轨道器上的对接机构捕获、锁定上升器。随后,上升器中的月壤样品和容器迁移。

“由于嫦娥五号的轨道器和上升器交会对接,是体量相差重大的‘大追幼’复杂受力过程,采用了抱爪式的弱撞击对接机构。如许一来,必要微波雷达的测角精度更高。”孙武说。

微波雷达项现在主任设计师贺中琴说,设计团队采用了创新的偏差赔偿算法,进一步挑高了微波雷达的测角精度,大幅升迁了精准对接的胜算。

“吾们为这次交会对接打造的不光是‘千里眼’,照样‘顺风耳’,升级后的它更幼巧、更兴旺、更郑重。”孙武说。

据他介绍,微波雷达在保证交会对接测量“本职做事”的同时,还升级了航天器之间双向空空通信的“第二做事”。从雷达与答答机之间“一问一答”的传输方式,升级至轨道器与上升器之间的“疏导对话”,实现了遥控指令和遥测参数的双向传输。

“以前就像先生上课点名,雷达发新闻,答答机答到。而现在它们不光本身要通话,还要负责上升器和轨道器之间的新闻传递。”贺中琴说。

太空拍照“神器”完善记录“拥抱”全过程

从“太空之吻”变成“月轨牵手”,由中国航天科技集团八院控制所研制的红外及可见光双谱段监视相机,定格了发生在38万公里之外高速运走的两器“相拥”瞬休。

八院控制所光学导航行家郑循江说,此次嫦娥五号所搭载的双谱段监视相机是一款专科拍照“神器”,其主业就是记录轨道器与上升器的交会对接过程,以及轨道器与着陆器和上升器组相符体别离、与赞成舱别离的过程。

据他介绍,与以去义务相机分歧的是,这款相机集红外和可见光成像于一体,红外和可见光传感器经各自的光学镜头获取图像数据,按照遥控指令请求在6栽拍摄模式中解放切换,实现红外和可见光别离或同时成像。

郑循江打了一个比方:这就相等于给清淡相机添了一个夜视仪,即使交会对接过程发生在月背,批准不到太阳光照,地面人员也能够始末红外相机记录下全过程;自然,在有光照的情况下,倘若光照太强,可见光相机拍摄的照片也存在过曝的能够,影响不雅旁观成果。有了这款双谱段相机,则可确保全天时、全光照条件下记录交会对接过程,也能够让公多从红外镜头的视角望望太空。

已足清亮度和帧频请求后,数据传输又成了大题目,如联相符条单走道要承载双倍的车流,拥堵在所不免。该设备主管设计师王峰外示,要避免这栽情况,就要从图像、视频压缩技术上下功夫。项现在团队经过多栽尝试,最后选择了先插值再压缩的方式,将压缩后的数据下传至地面解压恢复。“不光有效控制了研制成本,也给‘寸土寸金’的轨道器留出了更多运输有效载荷的空间,吾们追求了一条引民用技术为航天产品所用的技术途径,同时也为时下炎门的商业航天和传统航天产品降本添效挑供了思路。”王峰说。

12月6日12时35分,在“太空牵手”大片传回几个幼时之后,嫦娥五号再次迎来进展:其轨道器和返回器组相符体与上升器成功别离,进入环月期待阶段,准备择机返回地球。

接下来,嫦娥五号探测器就要携带月球“土特产”,重新投入地球的怀抱了。

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