來源：中國新聞網
《我國首次實現月球軌道交會對接 嫦娥五號完成在軌樣品轉移》。視頻來源：新華社視頻
北京時間12月6日5時42分，嫦娥五號上升器成功與軌道器和返回器組合體交會對接，並於6時12分將樣品容器安全轉移至返回器中。這是中國首次實現月球軌道交會對接。
從上升器進入環月飛行軌道開始，通過遠程導引和近程自主控制，軌道器和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。
後續，嫦娥五號軌道器和返回器組合體將與上升器分離，擇機返回地球。
圖為軌道器逐漸接近上升器。圖片來源：國家航天局供圖
2噸多小胖子如何「追上」小姑娘？
嫦娥五號手把手教你秘籍
在環月軌道中運行的軌返組合體重達2.3噸左右，怎樣順利和體重僅有400公斤左右的上升器「牽手」成功？來看看嫦娥五號探測器的「專屬秘籍」。
「最耐心的等待」
12月1日，嫦娥五號著上組合體與軌返組合體分離，順利落月，開展「挖土」和封裝工作。與此同時，軌返組合體則在環月軌道上繼續飛行，安靜、耐心地等待與裝載月壤的上升器再次見面。重達2.3噸的「小胖子」——軌返組合體一邊數著星星，一邊算著與「小姑娘」上升器再次見面的日子，在2天時間內完成4次調相控制，在距離月表200X 200公裡的圓形軌道上完成長跑。
「最親近的溝通」
體重有800公斤左右的「小姑娘」——上升器在上升過程中成功「瘦身」到400公斤左右，以更苗條的身姿衝入15 X 180公裡的環月橢圓軌道，通過與軌返組合體之間巧妙的溝通方式——遠程導引，進行四次軌道控制，進入到210 X 210公裡的環月圓軌道上，在預定的交班點停留在軌返組合體的前方50公裡處。在進入到交班點後的4個小時，軌返組合體就開始用更加親近的溝通方式——近程導引與上升器進行溝通，雙方通過自己攜帶的敏感器，即微波雷達互換信息，軌返組合體開始主動向上升器靠近。
「最冷靜的心態」
嫦娥五號軌返組合體為自己設置了4個停泊點，分別來觀察自身與上升器的姿態和狀態，是否一切是按照預期方案進行，50公裡、5公裡、1公裡、100米，每一次停泊觀察都是對最終靠近時間和地點的精確把握。越到最後，軌返組合體反而更加冷靜，飛快進行精準計算和調整。
「最深厚的實力」
嫦娥五號軌返組合體能有如此能力，來源於中國航天科技集團五院研製團隊對交會對接任務的功力積累。在中國的太空探索歷程中，近地軌道交會對接技術正在快速地進步。
2012年6月，神舟九號與天宮一號對接成功，標誌著中國首次載人交會對接任務的成功，2013年6月，神舟十號與天宮一號順利進行了一次自動交會對接和一次航天員手控交會對接……這些都標誌著中國近地軌道交會對接技術的成熟。
飛船是在近地軌道上完成與空間站的交會對接，通信距離相對較近，並且能夠得到導航衛星的定位幫助，地面控制的精度更高。而此次嫦娥五號軌返組合體要在距離地球38萬公裡的環月軌道上追逐上升器，這就對控制系統提出了更高的要求。軌道返回組合體要能夠適應更大的偏差，在沒有任何幹預的情況下全自主地做出向「心儀對象」靠近的各個決策，這不僅是國內首次，更是國際首次。
軌道器與上升器完成交會對接。圖片來源：國家航天局
從「太空之吻」到「月軌相擁」
嫦娥五號新對接方式世界首創
國際空間站裡，主要依靠對接機構來實現更大噸位的飛行器的組裝。載人航天使用的對接機構學名叫異體同構周邊式對接機構，在對接後可形成一個通道，方便航天員在其中穿行。與載人航天對接機構不同，嫦娥五號探測器採用了抱爪式對接機構方案，從「太空之吻」變成「月軌相擁」。
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，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，嫦娥五號採用了抱爪式對接機構，通過增加連杆棘爪式轉移機構，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。
「所謂的抱爪，其實形象地說，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。」嫦娥五號軌道器技術副總負責人胡震宇介紹。
看似簡單的過程，但要在38萬公裡之外高速運行的飛行器上實現，卻遠沒有那麼簡單。「月球軌道相對於地球軌道有時延，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」，對接機構與樣品轉移分系統技術負責人劉仲解釋說。他表示，對接全步驟要在21秒內完成，1秒捕獲、10秒校正、10秒鎖緊。為此研製人員做了35項故障預案，從啟動開始到交會對接，全部採用自動控制。
首次跨越38萬公裡交會對接
微波雷達助嫦娥五號「太空牽手」
這次跨越38萬公裡的「太空牽手」，由中國航天科工集團有限公司研製的嫦娥五號交會對接微波雷達，作為探測器在月球軌道中遠距離測量的唯一手段，成功引導嫦娥五號實現首次月球軌道無人交會對接。該對接技術是嫦娥五號任務中「四大關鍵技術」之一。
嫦娥五號軌道交會對接微波雷達團隊在產品出廠前進行狀態檢測。圖片來源：中國航天科工集團
嫦娥五號交會對接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探測器的軌道器和上升器上。當軌道器、上升器相距約100千米時，微波雷達開始工作，不斷為導航控制分系統提供兩個太空飛行器之間的相對運動參數，並進行雙向空空通信。兩太空飛行器根據雷達提供信號調整飛行姿態，直至軌道器上的對接機構捕獲、鎖定上升器。隨後，上升器中的月壤樣品和容器進行轉移。
此外，裝有對接用應答機的上升器在落月時難免形成揚塵，這些肉眼不可見的月塵幹擾將會嚴重降低測角精度。為確保安全度過月球之旅，應答機上安裝了特殊材料的防塵罩。「就像給『千裡眼』戴上了『護目鏡』，『嫦娥』的這雙『千裡眼』，就不會變成『近視眼』，甚至『全盲』。」中國航天科工集團二院25所青年設計師紀博已經是第二次參與交會對接任務，說起自己的產品，她自豪與興奮地打起了比方。
微波雷達在保證交會對接測量「本職工作」的同時，還升級了太空飛行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。
「我們為這次交會對接打造的，不僅是『千裡眼』，還是『順風耳』，升級後的它更小巧、更強大、更可靠。」 25所交會對接微波雷達總工程師孫武說。
38萬公裡外穩住「嫦娥」速度，
全靠這支「慣測小分隊」
在這次「太空牽手」中，由中國航天科工集團有限公司研製的高精度加速度計組合、石英撓性加速度計及I/F轉換電路組成的「慣測小分隊」，一路以穩定可靠的表現為「嫦娥五號」提供高精度加速度信息，為這次交會對接穩住速度。
石英撓性加速度計生產現場 圖片來源：中國航天科工集團
中國航天科工集團有關專家表示：「交會對接時的加速度，只有探測器升空過程中最大加速度的千萬分之一量級，高精度加速度計組合能夠實現微小加速度的精準測量。」換言之，有了這支「慣測小分隊」的助力，這次38萬公裡外的 「太空牽手」才不會「擦肩而過」。
此次交會對接階段，主要實施加速度測量的高精度加速度計組合是這支「慣測小分隊」中的「隊長」，這已經是它第三次陪伴「嫦娥」遠赴月宮。為了能夠給「嫦娥」提供高精度、高可靠的測量表現，組合採用了獨特的冗餘設計方案，任務可靠度可達0.999983，曾以完美的表現助力嫦娥三號、嫦娥四號任務圓滿成功。
「慣測小分隊」中的石英撓性加速度計和I/F轉換電路是一組「金牌搭檔」，在此次任務中，這對「金牌搭檔」承包了嫦娥五號月宮之旅全程各關鍵階段的加速度測量任務——不僅在高精度加速度計組合產品中應用，還在著陸上升組合體和返回器的IMU(慣性測量單元)中扮演關鍵角色。
在完成中國首次月球軌道交會對接、在軌樣品轉移後，下一步，嫦娥五號探測器攜帶月球「土特產」，重新投入地球的懷抱。
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