12月6日5时42分,嫦娥五号上升器成功与轨道器返回器组合体交会对接。国家航天局供图 |
12月8日6时59分,嫦娥五号上升器按照地面指令受控离轨,7时30分左右降落在月面经度0度、南纬30度附近的预定落点。嫦娥五号上升器已圆满完成使命,受控离轨落月可避免其成为太空垃圾,避免影响国际社会后续月球探测任务。
此前,嫦娥五号上升器实现我国首次地外天体起飞,在预定轨道与轨道器返回器组合体交会对接,完成月球样本转移,并于12月6日12时许与轨道器返回器组合体顺利在轨分离。这是一次38万公里外完成的一次深情拥抱,也是中国的科技和智慧的结晶。
嫦娥五号采用的对接方式,与我国载人航天任务交会对接有很大区别。这是我国航天器首次实现月球轨道交会对接。其中,通过远程导引和近程自主控制,轨道器返回器组合体逐步靠近上升器,以抱爪的方式捕获上升器,完成交会对接。
“抱爪机构具有重量轻、捕获可靠、结构简单、对接精度高等优点。因此,我们在嫦娥五号上采用了抱爪式对接机构,通过增加连杆棘爪式转移机构,实现了对接与自动转移功能的一体化,这些设计理念都是世界首创。”中国航天科技集团八院嫦娥五号探测器副总指挥张玉花说。
“所谓的抱爪,形象地说就像我们手握棍子的动作,两个方向一用力,就可以把棍子牢牢地握在手中。”中国航天科技集团八院嫦娥五号轨道器技术副总负责人胡震宇表示,探测器采用的对接机构就是由3套K形抱爪构成的,当上升器靠近时,只要对准连接面上的3根连杆,将抱爪收紧,就可以实现两器的紧密连接。
捕获、收拢、转移,看似简单的过程,但在38万公里之外高速运行的飞行器上实现却没有那么简单。
“月球轨道相对于地球轨道有时延,时间走廊较小,这就对时效性要求非常高,必须一气呵成完成对接与转移任务。”对接机构与样品转移分系统技术负责人刘仲说,对接全步骤要在21秒内完成,1秒捕获、10秒校正、10秒锁紧。为此研制团队做了35项故障预案,从启动开始到交会对接,全部采用自动控制。
而实现完美对接之前,先要让轨道器和上升器靠近对方。中国航天科工集团二院25所研制的嫦娥五号交会对接微波雷达,作为中远距离测量的唯一手段,为此次交会对接“牵线搭桥”。
该雷达是一组成对产品,由雷达主机和应答机组成,分别安装在嫦娥五号轨道器和上升器上。当两器相距约100公里时,雷达开始工作,不断为导航控制分系统提供两器之间的相对运动参数,并进行双向通信。两器根据雷达提供信号调整飞行姿态,直至对接机构捕获、锁定。
轨道器和上升器对接完成后,还要将上升器上装有月壤的样品容器转移到返回器上。
这一步骤使用连杆棘爪式转移机构,采用了非常巧妙的设计,其利用2套倒三角形构型的棘爪,通过4次伸缩,使得容器逐渐移动到返回器。航天科技集团八院149厂承担了对接机构与样品转移机构的总装任务。149厂副总经理陆海滨表示,对接机构中对接环的运动位置精度和对中性,是影响月球样品转移成败的关键因素之一。对接样品转移机构是一种弱刚性结构,体积小、结构复杂,但功能一样不少,这对在装配中的测量数量、精度等要求更高。“经过不断修改完善,最终使得转移机构运作过程中能够不走偏并流畅地完成每一个指令和动作。”