嫦娥五號是如何完美落月的？

記者從國家航天局獲悉，12月1日23時11分，嫦娥五號探測器成功着陸在月球正面風暴洋的呂姆克山脈以北地區，並傳回着陸影像圖。

這是12月1日拍攝的嫦娥五號探測器着陸畫面。新華社發

成功着陸後，着陸器在地面控制下，進行了太陽翼和定向天線展開等狀態檢查與設置工作，將正式開始持續約2天的月面工作，預計將採集2千克左右的月球樣品。

這看似輕鬆的一幕，實際上卻歷盡艱辛，嫦娥五號探測器要像跳傘運動員一樣在深空完成一系列高難度動作：主動減速、快速調整、接近、懸停避障、緩速下降和自由下落段……這背後離不開高科技的保駕護航。

圖表來源：經濟日報

GNC高精度關鍵技術

嫦娥五號任務的落月和近月制動一樣，都是隻有一次機會，必須一次成功。

由於涉及採樣後上升器的月面起飛，所以，嫦娥五號落月的過程也是為後續上升器月面起飛選擇“發射場”的過程。相較於嫦娥三號、四號，嫦娥五號對於着陸點的位置精度和平整度方面的高要求是空前的，需要一個着陸區域內無太高的凸起、無太深的凹坑，坡度要符合任務要求。

可以説，落月的過程就是邊飛行邊找尋落點，在15分鐘內完成，約600公里外的全程自主跳傘。

為了實現“選址正確，落點準確”，嫦娥五號採用了已經在嫦娥三號和四號上應用的“粗精接力避障”的方式，即制導導航與控制（GNC）系統，在該系統的指揮下，着陸器和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100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。

國家航天局供圖

着陸緩衝機構顯身手

落月的關鍵在於平穩。嫦娥五號着陸上升組合體在落月時，撞擊月面會形成較大的衝擊載荷，必須設計相應的着陸緩衝系統，吸收着陸的衝擊載荷，保證探測器不翻倒、不陷落，這是落月的技術難題之一。着陸緩衝機構，通俗地説就是嫦娥五號的“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，更來源於嫦娥三號、嫦娥四號的完美基因。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30％，但機構重量指標卻減少了5％。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。

嫦娥五號探測器動力下降過程降落相機拍攝的圖像。國家航天局供圖

精妙的“外腦”“外眼”

其實在嫦娥五號的落月過程中還有兩個精妙的設計：

一是雖然表面上看是着陸器“揹着”上升器軟着陸到了月面上，但實際上整個落月的過程着陸器GNC系統的工作和智能自主的指揮過程都藉助了“外腦”和“外眼”。這個“外腦”和“外眼”，分別就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。

二是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，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之上了。

嫦娥五號探測器軟着陸後降落相機拍攝的圖像。國家航天局供圖

定向天線“一線牽”

落月牽動人心。38萬公里外的嫦娥五號正經歷着什麼樣的考驗？

*所有的訊息，都需通過着陸上升組合體的一口小小的“鍋”來即時傳送遙測數據。*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，通信的距離相比地面手機通信，遠了幾萬倍，這就需要採取特殊的對地定向天線來發送數據。

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。為了使整器減重，此款反射面天線極致輕量化設計，相比同類天線減重40％以上，既輕便又可靠。

來源/經濟日報·經點科學工作室（記者姜天驕）