“嫦娥”落月凝聚智慧

    【本報訊】據《北京日報》一日消息：“嫦娥五號”這一落看似輕盈，卻凝聚了科研人員的智慧。嫦娥五號探測器抓總研製單位中國航天科技集團五院的專家們通過一系列精巧的設計和技術攻關，確保了“嫦娥”完美落月。

    事關上升器起飛

    嫦娥五號任務的落月和近月制動一樣，都只有一次機會，必須一次成功。由於還涉及採樣後上升器在月面起飛，所以嫦娥五號的落月過程也是為後續上升器在月面起飛選擇“發射場”的過程。

    相較於此前的嫦娥三號、四號任務，嫦娥五號任務對於探測器着陸點的位置精度和平整度有空前高的要求：着陸區域內應沒有太高的凸起，沒有太深的凹坑，坡度也要符合任務要求。可以說，落月的過程就是着陸器、上升器組合體邊飛行邊找尋落點，在大約十五分鐘內完成約六百公里外的全程自主跳傘。

    粗避障與精避障

    為了實現“選址正確，落得準確”，嫦娥五號探測器採用了五院502所研發的“粗精接力避障”的落月方式，該方式已經在嫦娥三號和四號上得到成功應用。落月過程中，在502所研製的制導導航與控制(GNC)系統的指揮下，着陸器、上升器組合體先是大推力反向制動快速減速，然後快速調整姿態並對預定落區地形進行拍照識別，避開大的障礙，實現“粗避障”；然後組合體在飛到距離月面一百米時懸停，並再次對選定區域進行精確拍照，實現“精避障”；之後組合體再斜向下飄向選定的着陸點，在移動到着陸點正上方之後開始豎直下降，到距離月面較近時關閉發動機，然後利用着陸腿的緩衝實現軟着陸。

    緩衝系統作用大

    落月的關鍵在於平穩。着陸器、上升器組合體在落月時，撞擊月面會對載荷形成較大的衝擊，必須設計相應的着陸緩衝系統，來確保探測器不翻倒、不陷落。這是落月的技術難題之一。着陸緩衝機構，通俗地說就是組合體的“腿”。

    這四條緩衝、支撐一體化的“腿”可不一般，它們來自於機構分系統團隊精心設計、巧手研製。着陸緩衝機構具有完全自主知識產權的“偏置收攏、自我壓緊”式方案，保證了收攏簡單、展開可靠，解決了着陸緩衝、着陸穩定性等多方面的問題。

    與嫦娥三號的着陸緩衝設計方案相比，由於任務難度增加，嫦娥五號任務的着陸緩衝能力要求提高了百分之三十，但機構重量指標卻減少了百分之五。這為總體設計部的團隊成員帶來了不小的難題。面臨減重的難關，研製團隊反覆迭代，每次修改完設計，討論時一旦發現新的減重突破口，又毫不猶豫地再次推翻設計、繼續修改，最終成功滿足了設計指標，確保了嫦娥五號穩定可靠地完成與月球的親密擁抱。

    兩個精妙的設計

    在着陸器、上升器組合體落月過程中還有兩個精妙的設計。雖然表面上看是着陸器“背着”上升器軟着陸到了月面上，但實際上整個落月的過程中，着陸器制導導航與控制系統的工作和智能自主的指揮過程都是借助了“外腦”和“外眼”。這個“外腦”和“外眼”分別是上升器月面起飛時要用的“最強大腦”中央控制計算機和通過“看星星”確定自己姿態的星敏感器。這是設計人員根據“上升器全程陪同着陸器”的實際想出的妙招，既節約了成本又減輕了重量。

    由於距離月面較近時主發動機會激起的月塵污染星敏感器，從而影響上升器在月面起飛，所以科研人員專門設計了蓋子，在距離月面一定的高度時把星敏感器的鏡頭蓋起來，大家稱之為“天黑請閉眼”，待落月之後月塵散去再通知星敏感器把蓋子打開，這一睜一閉之間，着陸器和上升器組合體已經順利着陸在月亮上。

    定向天線聯地月

    “嫦娥”落月牽動着大家的心。卅八萬公里外的探測器正經歷着甚麼樣的考驗？所有的消息都需通過着陸器、上升器組合體的一口小小的“鍋”來時時傳送遙測數據。這個“小鍋”就是定向天線——把探測器上的數據傳輸到地面的發射轉換裝置。

    從月球把數據發送回地球，通信距離是地面手機通信的幾萬倍。這就需要採取特殊的對地定向天線來發送數據。五院總體設計部科研人員設計的定向天線包含了反射面天線輻射器、雙軸驅動機構。雙軸驅動機構就像人的肩關節、肘關節，驅動反射天線輻射器靈活地轉動，確保“小鍋”始終對準地面。此外，這款反射面天線採用了極致輕量化設計，相比同類天線減重百分之四十以上，既輕便又可靠。