嫦娥五號月球“打卡”歸來 軌道器“擺渡”回家之路

中新網上海12月17日電題：嫦娥五號月球“打卡”歸來 軌道器“擺渡”回家之路

作者 鄭瑩瑩 郭超凱

北京時間12月17日凌晨，嫦娥五號返回器攜帶月球樣品返回地球，中國首次月面自動採樣返回任務取得圓滿成功。在此過程中，由中國航天科技集團有限公司八院研製的軌道器，像“太空郵差”，護送嫦娥五號返回地球。

頭頂肚裝的“太空搬運工”

嫦娥五號探測器為四器組合體設計，由着陸器、上升器、軌道器、返回器4個部分組合而成。其中，返回器、着陸器、上升器均有載人航天和探月工程一期、二期的研製基礎，而軌道器的研製可謂“白手起家”。根據任務要求，自身1噸多的嫦娥五號軌道器，需要頭“頂”3.7噸的着陸上升組合體，肚“裝”3噸推進劑和300多公斤返回器，並在飛行過程中依次分離着陸上升組合體、對接與樣品轉移機構和返回器，這也讓軌道器成為中國首個具有“大承載”“分離面多”等多個特點的月球探測飛行器。

為了達到構型優化與減重目標，總體、結構、熱控等多個系統的研製人員，先後論證了10餘種構型，最終在繼承神舟飛船推進艙外承力筒大構型的基礎上，創新性地提出了支撐艙、對接艙和推進儀器艙“三艙構型方案”，實現“頭頂”和“肚中”載荷兩條路線獨立傳遞，極大提高了結構承載效率；實現支撐艙、對接艙“專艙專用”“用後即拋”，為其後續任務騰出通道，又減輕了質量，節約了推進劑。

勤勤懇懇的“行李轉運員”

嫦娥五號的着陸器與上升器組合體成功採樣之後，攜帶月壤的上升器無法利用自身的動力返回地球，必須通過“太空物流”的形式，將貨物送達。

而“太空物流”順暢與否，關鍵要看“交會對接”。國際空間站裏，主要依靠對接機構來實現更大噸位的飛行器組裝。載人航天使用的對接機構學名叫異體同構周邊式對接機構，在對接後可形成一個通道，方便航天員在其中穿行。與載人航天對接機構不同，嫦娥五號探測器採用抱爪式對接機構，由3套K形抱爪構成，當上升器靠近時，只要對準連接面上的3根連桿，將抱爪收緊，就可以實現兩器的緊密連接。

嫦娥五號取土歸來的途中，上升器和軌道器完成了首次月球軌道交會對接，珍貴的月球土壤樣品“包裹”得以轉移至返回器內。軌道器就像在月球軌道環繞的“郵差”，勤勤懇懇地完成“打包”“裝箱”後，迅速進入月地轉移軌道執行隔空投送，將月壤樣品捎回藍色星球。

挑戰重重的“月軌換乘路”

這次“交會對接”有多難？嫦娥五號探測器副總指揮張玉花説，“世界首次月球軌道無人交會對接，可以説對此次任務成敗起到決定性作用”。她介紹，單從交會對接與樣品轉移任務來看，可靠性是要求最高的，因為整個過程只能一次成功，沒有第二次機會。為了保證它的可靠性，對接與樣品轉移機構做了多重冗餘，僅僅對接驗證試驗，地面就模擬了數千次。同時，月球軌道相對地球軌道有時延，時間走廊較小，對時效性要求非常高。環月軌道的交會對接任務需要在21秒內完成，1秒捕獲，10秒校正，10秒鎖緊。樣品轉移任務接口多，環節多，過程複雜。

嫦娥五號探測器副總設計師查學雷説，“軌道器對接與樣品轉移機構從無到有，歷經了10年的研發、製造與測試之路，到最後以‘堅實臂膀’迎接上升器，温和轉移了樣品容器，成就嫦娥五號樣品返回中極為重要的一環。”

世界首次月球軌道無人交會對接中，從啓動開始到交會對接，全部採用自動控制。對接與樣品轉移分系統副主任師劉仲説，為保證任務順利完成，團隊做了35項故障預案，但一項都沒有用上，這就是最好的結果。(完)