轨返组合体与上升器分离前模拟图

轨返组合体与上升器分离后模拟图

分离后轨返组合体轨道模拟图

延伸阅读

我国首次实现月球轨道交会对接嫦娥五号探测器完成在轨样品转移

今晨，航天科技人员在北京航天飞行控制中心指挥大厅监测嫦娥五号上升器与轨道器返回器组合体交会对接情况。新华社发

今天凌晨，我国首次月球轨道交会对接圆满成功！国家航天局介绍，北京时间今天5时42分，嫦娥五号探测器的上升器成功与轨道器、返回器组合体交会对接，并于6时12分将样品容器安全转移至返回器中。

国家航天局上午介绍，从上升器进入环月飞行轨道开始，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。记者了解到，月球轨道交会对接与样品转移的技术要求极高，与近地轨道航天器交会对接不同，嫦娥五号探测器月球轨道交会对接需要在考虑探测器的测控、光照条件、姿轨控、电源、热控等各种约束条件下完成交会对接飞行方案设计；同时月球交会对接过程中，地面测控支持能力受限，受到对接机构大小的限制，对接精度的要求高。

国家航天局上午表示，后续嫦娥五号轨道器和返回器组合体与上升器分离，择机返回地球。据悉，这个过程有望在今天完成。之后，嫦娥五号探测器进入环月等待阶段，轨道器、返回器组合体从对接舱分离并进入月地入射点，在环月等待段飞行过程中，轨道器、返回器组合体进行轨道维持，等待月地入射窗口的到来，全力以赴做好返回地球的准备。

月地入射的主要目的是通过月球轨道上的轨道机动，使轨道器、返回器组合体进入月地转移轨道，由于月地关系的不断变化，月地入射窗口及入射点位置均受到严格约束，为理论上的零窗口；同时，月地入射的精度在一定程度上决定了返回器再入点精度，影响返回器的安全着陆，控制精度要求高。

揭秘

交会对接

成功实现“太空牵手” 全靠微波雷达引导

嫦娥五号月球采样返回，是我国航天领域迄今为止最复杂、难度最高的任务之一。由中国航天科工集团有限公司研制的嫦娥五号交会对接微波雷达，作为探测器在月球轨道中远距离测量的唯一手段，成功引导探测器实现首次月球轨道无人交会对接。该对接技术也是嫦娥五号任务中“四大关键技术”之一。

主机和应答机“问答”为两部航天器“导航”

月球轨道微波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探测器的轨道器和上升器上。当轨道器、上升器相距约100公里时，微波雷达开始工作，不断为导航控制分系统提供两航天器之间的相对运动参数，并进行双向空空通信，两部航天器根据雷达提供的信号调整飞行姿态，直至轨道器上的对接机构捕获、锁定上升器。随后，上升器中的月壤样品和容器转移。

航天科工二院25所交会对接微波雷达总工程师孙武介绍，此前的载人航天工程任务中，我国航天器在近地轨道进行过多次交会对接，都应用了航天科工的微波雷达，五战五捷的表现足以证明，我国已经成功掌握交会对接技术。但不同的是，这次是在距离38万公里之外的月球轨道，难度更大。

抱爪式弱撞击对接需要测角精度更高

“与近地轨道相比，月球轨道没有卫星导航等服务资源，微波通信是中远距离的唯一手段。月轨环境更复杂，要克服月球引力影响，所以自动交会对接对微波雷达提出的要求极为苛刻。为此，微波雷达团队攻克了相位干涉仪测角、大宽角度测量等关键技术。”孙武说。

因为嫦娥五号的轨道器和上升器交会对接，是体量相差巨大的“大追小”复杂受力过程，采用了抱爪式的弱撞击对接机构。这样一来，需要微波雷达的测角精度更高。“我们采用了创新的误差补偿算法，进一步提高了微波雷达的测角精度，大幅提升了精准对接的胜算。”微波雷达项目主任设计师贺中琴说。

“千里眼”戴上“护目镜”信息传递实现升级

此外，装有对接用应答机的上升器在落月时难免形成扬尘，这些肉眼不可见的月尘干扰将会严重降低测角精度。为确保安全度过月球之旅，应答机上安装了特殊材料的防尘罩，“就像给‘千里眼’戴上了‘护目镜’，‘嫦娥’的这双‘千里眼’，就不会变成‘近视眼’，甚至‘全盲’了。”青年设计师纪博说。

记者了解到，微波雷达在保证交会对接测量“本职工作”的同时，升级了航天器之间双向空空通信的“第二职业”，从雷达与应答机之间“一问一答”的传输方式，升级至轨道器与上升器之间的“沟通对话”，实现了遥控指令和遥测参数的双向传输。“以前就像老师上课点名，雷达发消息，应答机答‘到’。而现在它们不仅自己要通话，还要负责上升器和轨道器之间的信息传递。”贺中琴说。本报记者 张航

揭秘

对接转移

抱爪式对接 棘爪式转移 设计理念世界首创

北京时间今天凌晨，携带着月壤的嫦娥五号探测器上升器与在环月轨道上的轨道器、返回器组合体成功实现交会对接，月壤顺利从上升器转移到了返回器中。我国首次月球轨道无人自动交会对接和样品转移取得圆满成功！这背后，由中国航天科技集团八院研制的对接与样品转移机构功不可没。

嫦娥五号对接机构必须小而精

同样名为“交会对接”，但嫦娥五号采用的对接方式与载人航天对接方式有很大区别。相比位于近地轨道运行的载人航天器，月球探测器的飞行距离更远，受运载工具、燃料等限制更大，质量、体积均有严格要求。因此，嫦娥五号探测器的对接机构必须做到小而精，其重量要减小到普通载人航天器所用的“异体同构周边式对接机构”的十五分之一。

同时，嫦娥五号探测器的对接机构还要具备样品容器捕获、自动转移功能，对接结构要求重量更轻、精度更高、过程更稳。

3套K形抱爪对准连接3根连杆

“嫦娥五号探测器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，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。

“抱爪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。”嫦娥五号轨道器副总师胡震宇说，对接机构由3套K形抱爪构成，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。

棘爪伸缩将样品转移到返回器

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中。“连杆棘爪式转移机构采用了一个非常巧妙的设计，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中。”胡震宇说。

捕获、收拢、样品转移……这个过程在38万公里之外高速运行的飞行器上实现却并不容易。“月球轨道相对于地球轨道有时延，时间走廊较小，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，为此工作人员做了35项故障预案，从启动开始到交会对接，全部采用自动控制。

超千次测试确保对接转移万无一失

作为工程研制单位，八院805所从2011年就开始相关技术的攻关和工程研制，突破了轻小型弱撞击式对接、复杂接口自动样品转移、对接与转移一体化等关键技术。“我们先后进行了超过1000次样品转移测试，通过不断地测试、优化，确保自动对接与样品转移过程的万无一失。”刘仲透露。

嫦娥五号对接与样品转移机构的研制成功,为探月工程三期任务的实施奠定了坚实的技术基础，同时也填补了我国在轻小型对接机构工程化研究领域的空白，将为后续深空探测等任务提供有力支撑。

解读

“一大追一小 一抓连一抱”，嫦娥五号此次交会对接有何特殊？

之前，我国已先后进行了十次交会对接。那么，此次嫦娥五号月轨交会对接有什么特殊之处呢？简单说，就是“一大追一小，一抓连一抱”。

在我国之前实施的交会对接中，对接的两个航空器大小都差不多。而这次的月球轨道交会对接就不同了，上升器比轨道器和返回器组合体小了很多。在对接前，上升器的质量大概只有三四百公斤，而轨返组合体加在一块有将近2000公斤，这么大的质量差距，如果采用此前简单的碰撞对接会发生什么呢？想象一下，一个成年人跑步时撞到一个小朋友会怎么样，就知道了。

所以，为了让上升器不被撞飞，轨返组合体一方面要降低对接前的相对速度，同时也要在对接时迅速把上升器拉住。为此，科研人员特别设计了全新的对接机构。

在上升器上，有这么三个像单杠一样的被动件。这三个单杠本身在对接中是没有什么任何动作的，它们只是为轨返组合体提供一个抓手。那是什么设备抓它们呢？

来，我们看一下，就是轨返组合体上的这三个抱爪式对接机构。在对接之前，对接机构就像张开的手臂，一旦碰触到上升器的被动件，它就会快速合拢，抱住上升器的被动件，并用力收紧，从而实现对接。

由于交会对接的轨道距离地球较远，在对接过程中，还要确保对得准，因为，对接的相对位置误差是不能超过5厘米的。一旦对得不准，没有拉住上升器，再想重新对接一次可是就要费很大的力气。

而为了能够对得准，科研人员给嫦娥五号安装了一双“千里眼”，使它们能够实现精准对接。

（原标题：嫦娥五号探测器对接组合体成功分离）

来源：综合北京日报客户端 央视新闻客户端

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