38萬公裡之外上演「月宮之吻」,這21秒很關鍵!

嫦娥五號作為探月工程三期任務的收官之戰，將實現我國首次月球無人採樣返回。在本次任務的諸多看點之中，人類首次月球軌道無人自動交會對接和樣品轉移無疑是最大的亮點之一，而實現這個過程的核心就是由中國航天科技集團八院研製的對接與樣品轉移機構。

一樣的名字，不一樣的對接

嫦娥五號將實現人類首次月球軌道無人自動交會對接和樣品轉移。雖同名「交會對接」，但嫦娥五號採用的對接方式與我們所熟悉的載人航天採用的對接方式卻有很大的區別。

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80公分左右的通道，方便航天員在其中穿行。而與近地軌道的任務不同，月球探測對探測器的質量和空間有嚴苛限制，嫦娥五號的對接機構必須做到小而精，其重量要減小到周邊式對接機構的1/15，同時，還要具備樣品容器捕獲、自動轉移功能，重量更輕、精度更高、過程更穩。

中國航天科技集團有限公司八院嫦娥五號探測器副總指揮張玉花介紹說：「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。因此，我們在嫦娥五號上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。」

嫦娥五號軌道器技術副總負責人胡震宇表示，「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。」探測器採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根連杆，將抱爪收緊，就可以實現兩器的緊密連接。

而軌道器和上升器對接完成後，還要進行一個重要動作，就是將上升器上裝有月壤的樣品容器轉移到返回器中。

「連杆棘爪式轉移機構，採用了一個非常巧妙的設計。」胡震宇介紹，「我們利用2套倒三角形構型的棘爪，通過4次伸縮，使得容器逐漸移動到返回器中。這個構形很像我們經常使用的扎帶，相連後就只能單方向傳遞，只能前進不能後退。」

上千次實驗，只為太空交接不差分毫

捕獲、收攏、轉移，看似簡單的過程，但在38萬公裡之外高速運行的飛行器上實現卻遠遠沒有那麼簡單。

對接機構與樣品轉移分系統技術負責人劉仲透露，「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。」具體而言，「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，全部採用自動控制。」

作為工程研製單位，八院805所從2011年就開始開展相關技術的攻關和工程研製，以突破輕小型弱撞擊式對接、複雜接口自動樣品轉移、對接與轉移一體化等關鍵技術。

劉仲介紹，「我們構建了整機特性測試臺、性能測試臺、綜合測試臺、熱真空試驗臺四大測試系統，先後進行了661次對接測試、518次樣品轉移測試，通過不斷地測試、優化，確保自動對接與樣品轉移過程的萬無一失。」同時，「我們甚至在試驗中故意加入小故障，讓對接機構自動判別，進行故障排除，確保整個過程一氣呵成、穩妥可靠。」

嫦娥五號對接與樣品轉移機構的研製成功,為探月三期任務的實施奠定了堅實技術基礎，同時填補了我國在輕小型對接機構工程化研究領域的空白，將為後續深空探測等任務提供有力支撐。

作者：史博臻 王玓瑭

圖：中國航天科技集團八院

編輯：張懿

責任編輯：戎兵

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