嫦娥五號實現中國航天又一個“首次”—— 月球軌道交會對接

【環球時報記者 劉揚】《環球時報》記者從國家航天局獲悉，北京時間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分將樣品容器安全轉移至返回器中。這個“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。

精心準備的“太空之吻”

據《環球時報》記者瞭解，當嫦娥五號的着陸器和上升器組合體在月球表面進行世界矚目的“挖土”作業時，月球軌道上的軌道器和返回器組合體這個重達2.3噸的“小胖子”悄無聲息地先後完成4次軌道調整，進入距離月面約200公里的環月圓軌道，等待中國航天史上首次月球軌道“太空之吻”。

嫦娥五號上升器於12月3日從月面起飛後，經過多次遠程導引，即由人工通過計算一步步把上升器送到210公里環月圓軌道軌返組合體的斜上方，抵達後者能“看到”的位置。選擇這樣的軌道是因為此後的交會對接過程，地面人員只能“觀棋不語”：月球軌道的交會對接精度要求是釐米級，而目前地面對38萬公里外的測控精度是公里級，已經遠超人工控制的能力範圍。加之相較於神舟飛船在地球軌道的交會對接，月球軌道每圈有1/3的時間位於不可測弧段。所以後續的交會對接過程實際是由制導導航與控制系統智能自主完成。

《環球時報》記者從航天科技集團五院獲悉，我國現已掌握的地球軌道交會對接通常採用“小星追大星”，用弱撞擊的方式實現對接，但嫦娥五號軌返組合體追上升器屬於“大星追小星”，如果用撞擊的方式對接，質量較輕的上升器很可能被撞飛，所以嫦娥五號採用“停控加抓取”的方式，也就是在軌道器追趕上升器並以相同速度飛行，然後“伸手”牽過上升器，實現對接。

《環球時報》記者從國家航天局獲悉，在樣品容器安全轉移至返回器後，6日12時35分，嫦娥五號軌道器和返回器組合體與上升器成功分離，進入環月等待階段，準備擇機返回地球。

比神舟飛船載人對接難度更大

《環球時報》記者瞭解到，地球軌道上的交會對接如果不成功可以撤回重來，但嫦娥五號的月球軌道交會對接受制於月地返回窗口、熱控、能源等約束，嫦娥五號月球軌道交會對接必須在規定時間內完成，若時間太長，航天器上的能源、熱控將無法支撐。同時如果對接不成功，在撤回和重新組織的過程中，地球與月球的位置關係發生變化，有很大風險錯過月地返回窗口，因此從保安全的角度可以説，月球軌道交會對接任務是不可逆的，必須在規定時間內一次完成。

《環球時報》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，是中國首次月球軌道無人交會對接的核心裝備。據介紹，該設備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，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稱，“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。”

背後暗藏各種黑科技

《環球時報》記者從航天科技集團五院瞭解到，為實現“太空之吻”，他們採用了很多黑科技。例如軌返組合體身上安裝有3個對接機構主動件，又稱為“抱爪”，它們可在運動過程中完全貼近上升器，主動用“抱爪”緊扣上升器身上的對接機構被動件，將上升器拉入懷中。在此過程中，它對於速度、位置都有極為細緻的把握，對微重力環境、熱環境等有極為細心的考慮，用極高的控制精度來保證任務的圓滿完成。    除了交會對接之外，嫦娥五號上升器與軌道器和返回器組合體還實現自主轉移從月球採集的樣品。據瞭解，這對各分系統的設計精度、裝配精度和製造精度提出很高的要求，裝配精度要達到毫米級，製造精度要達到微米級。以看似簡單的樣品艙艙蓋為例，它先後經歷了總體設計部機構分系統團隊的8年打磨，在重量指標極其苛刻的前提下，樣品艙艙蓋能滿足多器以及多個分系統之間的複雜接口關係，在樣本容器完成對接轉移後，通過精密的單向止回機構將月球樣品穩穩地固定在樣品艙內，堪稱嫦娥五號探測器的“終極藏寶箱”。