完美的“擁抱”——揭秘嫦娥五號交會對接背后的故事
新華社北京12月6日電 題：完美的“擁抱”——揭秘嫦娥五號交會對接背后的故事
新華社記者 胡喆
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移至返回器中。這是我國航天器首次實現月球軌道交會對接。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？
12月6日，航天科技人員在北京航天飛行控制中心指揮大廳監測嫦娥五號上升器與軌道器返回器組合體交會對接情況。新華社記者 金立旺 攝
設計理念世界首創
“抱爪機構具有重量輕、捕獲可靠、結構簡單、對接精度高等優點。因此，我們在嫦娥五號上采用了抱爪式對接機構，通過增加連桿棘爪式轉移機構，實現了對接與自動轉移功能的一體化，這些設計理念都是世界首創。”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副總負責人胡震宇介紹，探測器采用的對接機構就是由3套K形抱爪構成的，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，就可以實現兩器的緊密連接。
這是嫦娥五號軌道器返回器組合體逐漸接近上升器畫面。新華社發(國家航天局供圖)
捕獲、收攏、轉移，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移任務。”中國航天科技集團八院對接機構與樣品轉移分系統技術負責人劉仲解釋：“對接全步驟要在21秒內完成，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提供兩航天器之間的相對運動參數，并進行雙向通信，兩航天器根據雷達信號調整飛行姿態，直至軌道器上的對接機構捕獲、鎖定上升器。隨后，上升器中的月壤樣品轉移至返回器中。
這是12月6日在北京航天飛行控制中心指揮大廳拍攝的嫦娥五號上升器在軌將月球樣品容器轉移至返回器畫面。新華社記者 金立旺 攝
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，優異的表現證明，我國已經成功掌握交會對接技術。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鍵技術。”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。
12月6日，航天科技人員在北京航天飛行控制中心指揮大廳監測嫦娥五號上升器與軌道器返回器組合體交會對接情況。新華社記者 金立旺攝
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
這是嫦娥五號上升器與軌道器返回器組合體完成交會對接畫面。新華社發(國家航天局供圖)
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，還開發了航天器之間雙向空空通信的“第二職業”，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”，實現了遙控指令和遙測參數的雙向傳輸。
“以前就像老師上課點名，雷達發消息，應答機答到。現在，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實現減重一半的基礎上，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。