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嫦娥五号何以稳稳落月(科技自立自强·逐梦深空)

油价会不会上100?花旗、大摩与小摩杠上了 2020-12-02 16:49:27 资讯 68852℃

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  嫦娥五号何以稳稳落月(科技自立自强·逐梦深空)

  在经历了一周的地月转移、近月制动、环月飞行后,嫦娥五号探测器于12月1日23时11分降落在月面预选着陆区。与嫦娥三号、四号相比,嫦娥五号的落月过程有何不同?用到了哪些“神器”?

  制导导航与控制系统

  确保“选址正确,落得准确”

  嫦娥五号的落月过程经历了主动减速、快速调整、接近、悬停避障、缓速下降和自由下落段,看似轻松的平稳降落背后,蕴藏着众多科研人员的智慧和积淀。

  嫦娥五号探测器抓总研制单位中国航天科技集团五院有关负责人介绍,嫦娥五号落月的过程也是为后续上升器月面起飞选择“发射场”的过程。相较于嫦娥三号、四号,嫦娥五号对于着陆点的位置精度和平整度的要求是空前的,需要着陆区域内既没有太高的凸起,也没有太深的凹坑,坡度要符合任务要求。可以说,落月的过程就是边飞行边找寻落点。

  为了实现“选址正确,落得准确”,专家介绍,嫦娥五号采用了中国航天科技集团五院502所已在嫦娥三号和四号上应用的“粗精接力避障”的方式,即在制导导航与控制(GNC)系统的指挥下,着陆器和上升器组合体先大推力反向制动快速减速,然后快速调整姿态并对预定落区地形进行拍照识别,避开大障碍,实现“粗避障”。之后,组合体在飞到距离月面100米时悬停,并再次对选定区域精确拍照,实现“精避障”,再斜向下飘向选定的着陆点,在移动到着陆点正上方后开始竖直下降,到距离月面较近时关闭发动机,利用着陆腿的缓冲实现软着陆。

  着陆缓冲机构

  保证探测器不翻倒、不陷落

  落月的关键在于平稳。嫦娥五号着陆上升组合体在落月时,撞击月面会形成较大的冲击载荷,必须设计相应的着陆缓冲机构,保证探测器不翻倒、不陷落,这是落月的技术难题之一。

  专家介绍,着陆缓冲机构,通俗地说就是嫦娥五号的“腿”。

  这4条缓冲、支撑一体化的“腿”可不一般。着陆缓冲机构具有完全自主知识产权的“偏置收拢、自我压紧”式方案,保证了收拢简单、展开可靠,解决了着陆缓冲、着陆稳定性等多方面的问题。

  与嫦娥三号的着陆缓冲设计方案相比,由于任务难度增加,嫦娥五号任务的着陆缓冲能力要求提高了30%,但机构重量指标却减少了5%。研制团队反复研究,每次修改完设计后,一旦发现新的减重突破口,又毫不犹豫地推翻重来,最终成功满足了设计指标,确保了嫦娥五号稳定可靠地完成与月球的亲密拥抱。

  搭载“外脑”“外眼”

  既节约成本又减轻重量

  在嫦娥五号的落月过程中,还有两个精妙的设计。一是虽然表面上看是着陆器“背着”上升器软着陆到了月面上,但实际上,整个落月过程中,着陆器都借助了“外脑”和“外眼”——分别是上升器月面起飞时要用的“最强大脑”中央控制计算机和通过“看星星”确定自己姿态的星敏感器,这是设计人员根据“上升器全程陪同着陆器”的实际想出的妙招,既节约成本又减轻重量。

  二是由于距离月面较近时主发动机激起的月尘会污染星敏感器,影响上升器月面起飞,科研人员专门设计了盖子,在距离月面一定的高度时把星敏感器的镜头盖起来,待落月之后月尘散去再通知星敏感器把盖子打开,这一睁一闭之间,着陆器和上升器组合体已经顺利着陆在月亮之上了。

  定向天线

  实时传送遥测数据

  着陆过程中,38万公里外的嫦娥五号正经历着什么样的考验?所有的讯息,都要通过着陆上升组合体的一口“小锅”实时传送遥测数据。这个“小锅”就是定向天线——把探测器上的数据传输到地面的发射转换装置。

  专家介绍,从月球把数据发送回地球,通信的距离相比地面手机通信远了几万倍,需要采取特殊的对地定向天线发送数据。中国航天科技集团五院总体设计部设计的定向天线包含了反射面天线辐射器和双轴驱动机构。双轴驱动机构就像人的肩关节、肘关节,驱动反射天线辐射器灵活转动,确保“小锅”始终对准地面。此外,这款反射面天线采用了极致轻量化设计,相比同类天线减重40%以上,可以说是既轻便又可靠。

本报记者 冯 华 余建斌 喻思南

【编辑:张奥林】

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