来自 科技 2020-12-02 16:22 的文章

嫦娥“落月”:采集之旅开始。

12月1日,飞行了很久的嫦娥五号

到达了目的地

在此前的文章中,我们提到过

此次嫦娥五号的主要任务

是从月球带回土质样品

以进行后期的科学研究

那么这一次的成功降落

便是一切工作开始的第一步

嫦娥“落月”:采集之旅开始。

(文章内容来源于网络)

此次对于嫦娥五号来说

落月只有一次机会,必须一次成功

相比嫦娥三号、四号,嫦娥五号对于着陆点的位置精度和平整度要求是空前的。由于涉及到采样完成后上升器要在月面起飞,嫦娥五号挑选落点的过程,也是为后续上升器月面起飞选择“发射场”的过程,其降落区域内不能有太高的凸起、太深的凹坑,坡度也需要符合任务要求。简单说,它是一边飞行一边寻找落点,如同一次从600公里外开始、在15分钟内完成的自主“跳伞”。

为了实现“选址正确、落得准确”,嫦娥五号采用了已经在嫦娥三号和四号上成功应用的“粗精接力避障”方式。这种方式,是在由中国航天科技集团五院502所研制的制导导航与控制(GNC)系统指挥下,着陆上升组合体先大推力反向制动减速,然后快速调整姿态,对预定落区地形进行拍照识别,避开大的障碍,实现“粗避障”,之后再斜向落向选定的着陆点,飞到着陆点正上方后改为垂直下降,在接近月面时关闭发动机,落在月球上。

嫦娥“落月”:采集之旅开始。

落地支持:依靠各种高科技

首先发动机为嫦娥五号安全落月提供了动力保障。不过,靠普通宇航发动机,是无法完成月面安全软着陆任务的。月球是真空状态,没有大气,意味着不能利用空气摩擦实现减速。为完成探测器动力下降、悬停等着陆阶段动作,要求发动机具备推力深度调节能力。

2006年,7500牛变推力发动机关键技术攻关开始。经过艰苦探索,研制团队先后突破“高性能、长寿命推力室”“流量精确调节与稳定”和“发动机系统优化与集成”三大关键技术,发动机技术指标基本满足探测器要求,为后续研制任务奠定了坚实基础。在7500牛变推力发动机鼎力支撑下,2013年12月,嫦娥三号探测器完成了我国首次地外天体软着陆;2019年1月,嫦娥四号探测器实现人类首次月背软着陆。这次,它又护送嫦娥五号着陆上升组合体平稳落在月球。

嫦娥“落月”:采集之旅开始。

离开了发动机的反推,嫦娥五号是以自由落体形式着陆的。虽然月球引力较小,降落高度也不高,但撞击月面时仍会形成一定冲击载荷。这就需要着陆缓冲系统发挥作用,吸收着陆时的冲击载荷,同时保证探测器不翻倒、不陷落。

着陆缓冲机构,通俗地说就是嫦娥五号的“腿”,是落月环节的技术难题之一。该机构采用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,能解决着陆缓冲、着陆稳定性等多方面问题。与嫦娥三号的着陆缓冲设计方案相比,嫦娥五号任务由于难度增加,着陆缓冲能力要求提高了30%,但机构重量指标却减少了5%。五院总体设计部研制团队最终解决了这个难题。

而最后的问题,就是如何保持与地面的联系:

远在38万公里外经历生死考验的嫦娥五号,一举一动都令国人牵挂。通过各种天线和数据传输手段,地面可以跟嫦娥五号保持联系,随时了解它的动态,向它发送指令。在上升器上,装有西安分院研制的测控天线,如同嫦娥五号随身携带的手机,是它与地面之间测控通信的主要依靠。而着陆器拍摄的落月照片,则由该院研制的数传系统实时传回,为地面决策提供依据。

嫦娥“落月”:采集之旅开始。

相比地面上的手机,地月通信距离远了几万倍,数据发送需要采用特殊的对地定向天线。由五院总体设计部设计的定向天线采用双轴驱动机构,就像人的肩、肘关节,能让反射面天线辐射器灵活转动,始终对准地面。为了满足任务要求,反射面天线的设计轻量化到极致,相比同类天线减重了40%以上。

采样之旅开始

降落期间,探测器进行快速姿态调整,逐渐接近月表。此后进行障碍自动检测,选定着陆点后,开始避障下降和缓速垂直下降,平稳着陆于月球正面风暴洋的吕姆克山脉以北地区。着陆过程中,着陆器配置的降落相机拍摄了着陆区域影像图。嫦娥五号成功着陆后,着陆器在地面控制下,进行了太阳翼和定向天线展开等状态检查与设置工作,将正式开始持续约 2 天的月面工作,采集月球样品。

12 月 1 日凌晨 4 时 40 分,在科技人员精确控制下,嫦娥五号探测器组合体顺利分离。嫦娥五号的着陆点将是月球西北部的风暴洋。风暴洋是月球最大的月海,此前人类探测器从未到达这里。相较于人类已获得月球样品的静海和丰富海,风暴洋年龄约 32 亿至 40 亿年,是一个更年轻的区域。

嫦娥“落月”:采集之旅开始。

嫦娥五号将实现4个重大突破,即在月球外表主动采样;从月面起飞;在38万公里外的月球轨道进行无人交会对接;带着月壤以接近第二宇宙速度返回地球。此前嫦娥一号和嫦娥二号都是“绕”着月球转,拍下了月球地貌,嫦娥二号还顺便探测了距离地球700多万公里的图塔斯蒂号小行星;嫦娥三号是我国第一个在月球软着陆的无人探测器;嫦娥四号是世界上首个在月球背面软着陆的航天器;嫦娥五号的任务是采集月面3米以下的月壤2千克以上,再返回地球。

目前,只有苏联和美国成功带回了月壤,苏联的无人登月器带回了3.8千克月壤,而美国阿波罗号的航天员分六次一共带回381千克月壤。而随着嫦娥五号完成任务,我们也将收到这份来自月球的“礼物”,让我们对于月球有更多的了解。

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