微波雷達引導嫦娥五號實現“太空牽手”

12月6日5時42分，嫦娥五號上升器成功與軌道器返回器組合體交會對接，並於6時12分將月球樣品容器安全轉移至返回器中。圖為航天科技人員在北京航天飛行控制中心指揮大廳監測嫦娥五號上升器與軌道器返回器組合體交會對接情況。新華社記者 金立旺攝

光明日報記者 詹媛

嫦娥五號月球採樣返回，是我國航天領域迄今為止最複雜、難度最高的任務。6日，中國航天科工集團有限公司第二研究院25所研製的嫦娥五號交會對接微波雷達，作為中遠距離測量的唯一手段，成功引導首次月球軌道無人交會對接。該對接技術是任務中“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。此次關鍵任務的核心產品——交會對接微波雷達，在全世界的目光中，表現完美。

給嫦娥五號裝上微波雷達“千里眼”

25所研製的微波雷達是成對產品，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，不斷提供兩航天器之間的相對運動參數，並進行雙向空空通信，軌道器和上升器會根據雷達提供的信號調整飛行姿態，直至軌道器上的對接機構捕獲、鎖定上升器。這個過程中，微波雷達就像軌道器和上升器上的“眼睛”，讓它們能互相“看到”對方位置。

據微波雷達總工程師孫武介紹，在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25所微波雷達，實現了五戰五捷的佳績。

但此次在距離地球38萬公里之外的月球軌道開展交會對接，難度與此前不可同日而語。“與近地軌道相比，月球軌道沒有衞星導航等服務，微波通信是中遠距離的唯一手段。而且月軌環境更復雜，要克服月球引力影響，所以對微波雷達提出更為苛刻的要求。為此，25所攻克了相位干涉儀測角、大寬角度測量等關鍵技術。”孫武説。

因嫦娥五號的軌道器和上升器體量相差巨大，二者的交會對接是“大追小”的複雜受力過程。要實現二者“手拉手”，對微波雷達的測角精度要求更高。

微波雷達項目的主任設計師賀中琴介紹，微波雷達主要作用在100公里到20米的中遠程範圍，精度的提高使得兩個航天器距離20米時，上升器對接機構的鎖定圓面，半徑縮小好幾釐米，大幅提升了精準對接的勝算。

此外，上升器在落月時難免形成揚塵，這些干擾將會嚴重降低測角精度。為確保安全度過月球之旅，25所設計師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’，就不會被灰塵干擾。”青年設計師紀博解釋説。

微波雷達“減肥”數公斤並增添“順風耳”功能

孫武説：“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，實現了遙控指令和遙測參數在航天器之間的雙向傳輸，使得軌道器與上升器之間可以進行“溝通對話”。

“以前就像老師上課點名，雷達發消息，應答機答‘到’。但現在不僅要點名，雷達和應答機之間還要負責上升器和軌道器之間的信息傳遞。”賀中琴説。

此前，“天舟”“天宮”交會對接所使用的微波雷達已實現減重一半，這次嫦娥五號任務，微波雷達再次“減肥”數公斤。

“這相當於月壤採樣重量的2倍，哪怕一克的重量減輕，對月壤採樣任務的意義，都是巨大的。”孫武説。

25所此次微波雷達在對接過程中的完美表現，也是孫武團隊對產品質量“零缺陷”的堅持，對“一次成功”的詮釋。“經過七項單機試驗、三項分系統試驗和五項系統試驗的充分驗證，我們和它都做好了充分的準備。”賀中琴透露，“針對月球軌道的特殊應用，與前幾次相比增加了抗月塵試驗、抗干擾試驗和交會對接無線兼容試驗驗證，它的表現很好。”

此次，我國首次在地外天體實現無人交會對接技術。在交會對接微波雷達引導下，嫦娥五號成功實現“太空牽手”。孫武心情激動：“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。”

（光明日報北京12月6日電）

《光明日報》（ 2020年12月07日 01版）