新華社北京12月6日電 12月6日凌晨，嫦娥五號上升器成功與軌道器返回器組合體交會對接，并將月球樣品容器安全轉(zhuǎn)移至返回器中。這是我國航天器首次實現(xiàn)月球軌道交會對接。其中，通過遠程導引和近程自主控制，軌道器返回器組合體逐步靠近上升器，以抱爪的方式捕獲上升器，完成交會對接。那么，什么是“抱爪方式”？此次交會對接又有哪些看點？
設計理念世界首創(chuàng)
“抱爪機構(gòu)具有重量輕、捕獲可靠、結(jié)構(gòu)簡單、對接精度高等優(yōu)點。因此，我們在嫦娥五號上采用了抱爪式對接機構(gòu)，通過增加連桿棘爪式轉(zhuǎn)移機構(gòu)，實現(xiàn)了對接與自動轉(zhuǎn)移功能的一體化，這些設計理念都是世界首創(chuàng)。”中國航天科技集團八院嫦娥五號探測器副總指揮張玉花說。
“所謂的抱爪，形象地說，就像我們手握棍子的動作，兩個方向一用力，就可以把棍子牢牢地握在手中。”中國航天科技集團八院嫦娥五號軌道器技術(shù)副總負責人胡震宇介紹，探測器采用的對接機構(gòu)就是由3套K形抱爪構(gòu)成的，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(xiàn)兩器的緊密連接。
捕獲、收攏、轉(zhuǎn)移，看似簡單的過程，但在38萬公里之外高速運行的飛行器上實現(xiàn)卻沒有那么簡單。
“月球軌道相對于地球軌道有時延，時間走廊較小，這就對時效性要求非常高，必須一氣呵成完成對接與轉(zhuǎn)移任務。”中國航天科技集團八院對接機構(gòu)與樣品轉(zhuǎn)移分系統(tǒng)技術(shù)負責人劉仲解釋：“對接全步驟要在21秒內(nèi)完成，1秒捕獲、10秒校正、10秒鎖緊。為此我們做了35項故障預案，從啟動開始到交會對接，全部采用自動控制。”
“對接助手”可靠給力
此次，由中國航天科工集團二院25所研制的嫦娥五號交會對接微波雷達，作為中遠距離測量的“助手”，成功引導完成了嫦娥五號的交會對接任務。
微波雷達是一組成對產(chǎn)品，由雷達主機和應答機組成，分別安裝在嫦娥五號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(tǒng)提供兩航天器之間的相對運動參數(shù)，并進行雙向通信，兩航天器根據(jù)雷達信號調(diào)整飛行姿態(tài)，直至軌道器上的對接機構(gòu)捕獲、鎖定上升器。隨后，上升器中的月壤樣品轉(zhuǎn)移至返回器中。
交會對接微波雷達總工程師孫武介紹，此前的任務中，我國航天器在近地軌道進行過多次交會對接，都應用了該微波雷達，優(yōu)異的表現(xiàn)證明，我國已經(jīng)成功掌握交會對接技術(shù)。但不同的是，這次交會對接是在38萬公里之外的月球軌道，難度更大。
“與近地軌道相比，月球軌道環(huán)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，研制團隊攻克了一系列關(guān)鍵技術(shù)。”孫武說。
嫦娥五號的軌道器和上升器交會對接，是體量相差巨大的“大追小”復雜受力過程，需要微波雷達的測角精度更高。微波雷達項目主任設計師賀中琴介紹，微波雷達主要作用在100公里到20米的中遠程范圍，精度的提高大幅提升了精準對接的勝算。
此外，裝有對接用應答機的上升器在落月時難免形成揚塵，這些肉眼不可見的干擾將會嚴重影響測角精度。
為確保安全度過月球之旅，設計師們在應答機上安裝了特殊材料制成的防塵罩，“就像戴上了護目鏡，嫦娥的‘千里眼’就不會變成近視眼。”25所設計師紀博說。
減輕每一克重量都意義重大
事實上，25所研制團隊為這次交會對接打造的微波雷達，不僅是“千里眼”，更是“順風耳”，升級后的它更小巧、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，還開發(fā)了航天器之間雙向空空通信的“第二職業(yè)”，從雷達與應答機之間“一問一答”的傳輸方式，升級至軌道器與上升器之間的“溝通對話”，實現(xiàn)了遙控指令和遙測參數(shù)的雙向傳輸。
“以前就像老師上課點名，雷達發(fā)消息，應答機答到。現(xiàn)在，它們還要負責上升器和軌道器之間的信息傳遞。”賀中琴說。
同時，在此前交會對接微波雷達已經(jīng)實現(xiàn)減重一半的基礎(chǔ)上，這次又進一步開展了輕量化改進。“每一克重量的減輕，對嫦娥五號任務的意義都是重大的。”孫武說。（新華社記者 胡喆）
