揭秘中國首次月球軌道交會對接背後的黑科技

【環球時報-環球網報道 記者 劉揚】記者從國家航天局獲悉，6日清晨，嫦娥五號任務的上升器與軌道器返回器組合體在環月軌道成功進行了交會對接。這一“太空之吻”的成功意味着，繼地外天體的採樣與封裝、地外天體的起飛之後，嫦娥五號實現了中國航天的又一個首次——月球軌道交會對接。環球時報-環球網記者從嫦娥五號交會對接核心設備——交會對接微波雷達研製單位中國航天科工二院25所瞭解到，該微波雷達作為中遠距離測量的唯一手段，成功引導中國首次月球軌道無人交會對接。該對接技術是嫦娥五號任務中“四大關鍵技術”之一，更是中國首次、乃至人類首次的技術創新。

比神舟飛船載人對接難度更大

據研製單位介紹，執行本次對接任務的微波雷達是一組成對產品，由雷達主機和應答機組成，分別安裝在嫦娥五號探測器的軌道器和上升器上。當軌道器、上升器相距約100公里時，微波雷達開始工作，不斷為導航控制分系統提供兩航天器之間的相對運動參數，並進行雙向空空通信，兩航天器根據雷達提供信號調整飛行姿態，直至軌道器上的對接機構捕獲、鎖定上升器。隨後，上升器中的月壤樣品和容器轉移。

交會對接微波雷達總工程師孫武介紹，此前的載人航天工程任務中，我國航天器在近地軌道進行過多次交會對接，都應用了中國航天科工二院25所研製的微波雷達，五戰五捷的表現足以證明，我國已經成功掌握交會對接技術。但不同的是，這次是在距離38萬公里之外的月球軌道，難度更大。

“與近地軌道相比，月球軌道沒有衞星導航等服務資源，微波通信是中遠距離的唯一手段。月軌環境更復雜，要克服月球引力影響，所以自動交會對接對微波雷達提出的要求極為苛刻。為此，研製單位攻克了相位干涉儀測角、大寬角度測量等關鍵技術。”孫武重點介紹了微波雷達產品應對月球軌道環境的新挑戰。

因嫦娥五號的軌道器和上升器交會對接，是體量相差巨大的“大追小”複雜受力過程，採用了抱爪式的弱撞擊對接機構。對接要體現“手拉手”。這樣一來，需要微波雷達的測角精度更高。

微波雷達項目的主任設計師賀中琴介紹説，微波雷達主要作用在100公里到20米的中遠程範圍，精度的提高使兩個航天器在距離20米時，上升器對接機構抱爪的鎖定圓面的半徑縮小了幾釐米。這幾個釐米，大幅提升了精準對接的勝算。此外，裝有對接用應答機的上升器在落月時難免形成揚塵，這些肉眼不可見的干擾將會嚴重降低測角精度。

為確保安全度過月球之旅，設計人員在應答機上安裝了特殊材料的防塵罩，“就像給‘千里眼’戴上了‘護目鏡’，‘嫦娥’的這雙‘千里眼’，就不會變成‘近視眼’，甚至‘全盲’了。”設計師紀博已經是第二次參與交會對接任務，説起自己的產品，她自豪與興奮地打起了比方。

微波雷達不僅更可靠還能在軌“打電話”

據孫武介紹，“我們為這次交會對接打造的，不僅是‘千里眼’，還是‘順風耳’，升級後的它更小巧、更強大、更可靠。”

微波雷達在保證交會對接測量“本職工作”的同時，升級了航天器之間雙向空空通信的“第二職業”，從雷達與應答機之間“一問一答”的傳輸方式，升級至軌道器與上升器之間的“溝通對話”，實現了遙控指令和遙測參數的雙向傳輸。

“以前就像老師上課點名，雷達發消息，應答機答‘到’。而現在它們不僅自己要通話，還要負責上升器和軌道器之間的信息傳遞。”賀中琴説。

同時，在此前“天舟”、“天宮”交會對接微波雷達已經實現減重一半的基礎上，這次再進一步開展了輕量化的改進，將產品重量又減輕了數公斤。

“哪怕一克的重量減輕，對月壤採樣任務的意義，都是巨大的。”孫武表示。

據研製單位介紹，對接微波雷達在月球軌道的完美表現見證了我國首次在地外天體實現無人交會對接技術。孫武表示，“我們已整裝待發，向月球進發！向更遙遠的深空進發！向更廣闊的領域進發！”