月軌交會對接背後：對接測試661次、樣品轉移測試518次

舉世關注的“月軌相擁”成功上演。

12月6日5時42分，嫦娥五號上升器成功與軌道器和返回器組合體交會對接，並於6時12分將月球土壤樣品容器安全轉移至返回器中，完成了“回家”前的“月球土特產快遞攬件”任務。

這是我國首次實現月球軌道交會對接。

嫦娥五號探測器 本文圖片均由中國航天科技集團提供

作為探月三期的收官之戰，嫦娥五號將刷新人類無人月球採樣返回任務新紀錄。而軌道器作為貫穿任務全過程的核心產品，是名副其實的“太空郵差”——它在相距38萬公里的地球和月球之間，構建起一條太空“物流”的特殊通道，既承擔地月往返運輸的任務，將乘客安全地送往目的地，同時又在太空中穩妥地完成貨品的“接收”“裝箱”，將珍貴的月壤樣品投送回藍色地球。

突破了多項連接分離關鍵技術

“在整個任務過程中，軌道器在軌共有5次分離、6種組合體狀態，承擔地月往返運輸、器間分離、交會對接與樣品轉移等關鍵任務，是目前最複雜的空間飛行器之一。”中國航天科技集團八院嫦娥五號探測器副總設計師查學雷介紹，針對整個任務飛行狀態多、器間接口多、工作模式多、技術攻關難、地面驗證難以及運載與發射場新的“三多、兩難、一新”特點，上海研製團隊突破了多項關鍵技術。

嫦娥五號軌道器和上升器月球軌道交會對接示意圖

鑑於嫦娥五號探測器由4個部分組合而成，多器分工合作的狀態造就了探測器在太空中不斷分離-組合-再分離-再組合的變形過程，這在我國航天器中絕無僅有。僅軌道器就擁有5個分離面，既要保證組合狀態下器與器連得穩固，同時又要確保分離過程的安全可靠，這是探測器研製的難點之一。

據八院專家介紹，軌道器摒棄了傳統的艙段間包帶連接方式，創新採用多點高強度分離螺母進行連接，通過在各分離面配置不同數量的分離螺母，以滿足艙段間連接強度與剛度要求。同時雙作動分離螺母包含兩套解鎖機構，其中任意一套動作，就能確保分離面每一個分離點的可靠分離。連接穩固、分離可靠的連接解鎖與分離關鍵技術，是保證“月軌相擁”成功的關鍵，也成就了嫦娥五號的從容飛天之旅。

嫦娥五號在38萬公里外實施世界首次月球軌道自動無人交會對接與樣品轉移示意圖

38萬公里太空實現毫米級對接精度

在38萬公里外實施世界首次月球軌道自動無人交會對接與樣品轉移，對接機構中的運動位置精度和對中性是影響樣品容器轉移的關鍵，對接精度要求達到毫米級。

為了解決這一難題，中國航天科技集團八院研製團隊創造性地研製出了抱爪式對接機構，配合採用棘爪式轉移機構，在自動無人交會對接的同時，實現樣品容器的自動轉移，這一技術是世界首創，成就了嫦娥飛天採樣返回中極為重要的一環。

嫦娥五號探測器在軌工作效果圖

“所謂的抱爪，其實形象地説，就像我們手握棍子的動作，兩個方向一用力，就可以把棍子牢牢地握在手中。”嫦娥五號軌道器技術副總負責人胡震宇透露，探測器採用的對接機構就是由3套K形抱爪構成的，當上升器靠近時，軌道器只要對準上升器連接面上的3根連桿，將抱爪收緊，就可以實現兩器的緊密連接和“擁抱”。

而軌道器和上升器交會對接完成後，還要同時進行一個重要動作，就是將上升器上裝有月壤的樣品容器轉移到返回器中。至此，上升器才算完成自己的神聖使命。

“連桿棘爪式轉移機構，採用了一個非常巧妙的設計。”胡震宇介紹，“我們利用2套倒三角形構型的棘爪，通過4次伸縮，使得裝有月壤的容器逐漸移動到返回器中。這個構形很像我們經常使用的紮帶，相連後就只能單方向傳遞，只能前進不能後退。這樣做也確保了太空貨品交接時不會‘掉棒’。”

月面上的着陸器與上升器組合體

交會對接全步驟在21秒內完成

捕獲、收攏、轉移，看似簡單的過程，但在38萬公里之外高速運行的飛行器上實現，卻遠遠沒有那麼簡單。

“月球軌道相對於地球軌道有時延，時間走廊較小，這就對時效性要求非常高，必須一氣呵成完成對接與轉移任務。”對接機構與樣品轉移分系統技術負責人劉仲解釋，“對接全步驟要在21秒內完成，即1秒捕獲、10秒校正、10秒鎖緊。為此我們做了35項故障預案，從啓動開始到交會對接，全部採用自動控制。”

作為工程研製單位，八院805所從2011年就開始開展相關技術的攻關和工程研製，以突破輕小型弱撞擊式對接、複雜接口自動樣品轉移、對接與轉移一體化等關鍵技術。

攜帶月壤容器的上升器打開發動機離開月球升空，前往月球軌道履行貨品交接的神聖使命

在此基礎上，研製團隊還構建了整機特性測試台、性能測試台、綜合測試台、熱真空試驗枱四大世界一流的地面測試系統，先後進行了661次對接測試、518次樣品轉移測試，充分驗證對接與樣品轉移機構地面試驗的有效性。

嫦娥五號對接與樣品轉移機構的研製成功，為探月三期任務的實施奠定了堅實技術基礎，同時填補了我國在輕小型對接機構工程化研究領域的空白，將為後續深空探測等任務提供有力支撐。