落月挖土 嫦娥五號曬出高清工作照

落月挖土 嫦娥五號曬出高清工作照

　　嫦娥五號探測器著陸器和上升器組合體著陸後全景相機環拍成像（12月2日攝）。 新華社發

　　12月1日23時11分，嫦娥五號探測器成功著陸在月球正面西經51.8度、北緯43.1度附近的預選著陸區。
　　記者從國家航天局獲悉，12月2日4時53分，探月工程嫦娥五號著陸器和上升器組合體完成了月球鑽取採樣及封裝。探測器於12月1日23時許成功著陸月面後，開展了太陽翼展開、機構解鎖等相關準備工作。
　　目前，著陸器和上升器組合體正按計劃進行表取採樣。嫦娥五號探測器自動採樣任務採用表鑽結合、多點採樣的方式，設計了鑽具鑽取和機械臂表取兩種「挖土」模式。
　　嫦娥五號探測器這穩健的一落，蘊藏著無數航天人的智慧和心血。究竟有哪些黑科技助力嫦娥五號完美落月？一起去看看。

A

完美落月的背後有哪些黑科技支撐？
關注1邊飛邊找落點落月只有一次機會

　　對於嫦娥五號來說，落月只有一次機會，必須一次成功。
　　相比嫦娥三號、四號，嫦娥五號對於著陸點的位置精度和平整度要求是空前的。由於涉及到採樣完成後上升器要在月面起飛，嫦娥五號挑選落點的過程，也是為後續上升器月面起飛選擇「發射場」的過程，其降落區域內不能有太高的凸起、太深的凹坑，坡度也需要符合任務要求。
　　簡單說，它是一邊飛行一邊尋找落點，如同一次從600公裡外開始、在15分鐘內完成的自主「跳傘」。
　　為了實現「選址正確、落得準確」，嫦娥五號採用了已經在嫦娥三號和四號上成功應用的「粗精接力避障」方式。這種方式，是在由中國航天科技集團五院502所研製的制導導航與控制（GNC）系統指揮下，著陸上升組合體先大推力反向制動減速，然後快速調整姿態，對預定落區地形進行拍照識別，避開大的障礙，實現「粗避障」，之後再斜向落向選定的著陸點，飛到著陸點正上方後改為垂直下降，在接近月面時關閉發動機，落在月球上。

關注2微波測距測速探查落月路徑的眼睛

　　GNC系統在進行決策時，離不開各種數據支持。由中國航天科技集團五院西安分院研製的微波測距測速敏感器，如同一雙明亮的眼睛，感知著嫦娥五號的落月路徑，並向決策「大腦」傳遞信息。
　　據西安分院微波測距測速敏感器主任設計師張愛軍介紹，這部雷達在著陸上升組合體距離月球表面約15公裡時開機，在距離月面6公裡時正式開始工作。
　　「該雷達可以探測著陸器與月球表面的距離，以及著陸器下降的速度，並向上升器的制導導航與控制系統提供速度和距離的信息，以便著陸器判斷降落的落點和速度。」張愛軍說。

關注3落月發動機有絕招具備推力深度調節能力

　　發動機為嫦娥五號安全落月提供了動力保障。不過，靠普通宇航發動機，是無法完成月面安全軟著陸任務的。
　　記者從中國航天科技集團六院了解到，月球是真空狀態，沒有大氣，意味著不能利用空氣摩擦實現減速。為完成探測器動力下降、懸停等著陸階段動作，要求發動機具備推力深度調節能力。
　　2006年，六院正式啟動7500牛變推力發動機關鍵技術攻關。經過艱苦探索，研製團隊先後突破「高性能、長壽命推力室」「流量精確調節與穩定」和「發動機系統優化與集成」三大關鍵技術，發動機技術指標基本滿足探測器要求，為後續研製任務奠定了堅實基礎。
　　在7500牛變推力發動機鼎力支撐下，2013年12月，嫦娥三號探測器完成了我國首次地外天體軟著陸；2019年1月，嫦娥四號探測器實現人類首次月背軟著陸。這次，它又護送嫦娥五號著陸上升組合體平穩落在月球。

關注4

γ

關機敏感器落月「剎車指令員」

　　嫦娥五號落月最後階段的發動機關機，需要有精準的指令。中國航天科工集團研製的γ關機敏感器，就是落月過程中的「剎車指令員」，責任重大。
　　落月過程開始後，置於嫦娥五號底部的γ關機敏感器便實時測量著探測器與月面的距離。當嫦娥五號落到距月面不足5米高度時，該設備發出關機指令，關閉軌控和姿控發動機。這一瞬間，決定著落月任務的成敗。隨著發動機反推力的撤離，嫦娥五號得以翩然落月。
　　據介紹，γ射線具備受外部環境幹擾小、精度高等特點，因而被應用於對精度、可靠性要求最高的載人航天和探月任務中。此前，航天科工研製的γ高度控制裝置已經在神舟飛船任務中成功應用，護送航天員安全返回。

　　關注5 集緩衝、支撐於一體嫦娥五號的「腿」不一般

　　離開了發動機的反推，嫦娥五號是以自由落體形式著陸的。雖然月球引力較小，降落高度也不高，但撞擊月面時仍會形成一定衝擊載荷。
　　這就需要著陸緩衝系統發揮作用，吸收著陸時的衝擊載荷，同時保證探測器不翻倒、不陷落。
　　著陸緩衝機構，通俗地說就是嫦娥五號的「腿」，是落月環節的技術難題之一。嫦娥五號的4條「腿」可不一般，它們集緩衝、支撐功能於一體，繼承了嫦娥三號、四號的完美基因，由五院機構分系統團隊精心設計。
　　與嫦娥三號的著陸緩衝設計方案相比，嫦娥五號任務由於難度增加，著陸緩衝能力要求提高了30%，但機構重量指標卻減少了5%。中國航天科技集團五院總體設計部研製團隊最終解決了這個難題。

關注6　
嫦娥五號落月過程中
還有哪些鮮為人知的精妙設計？

　　從表面看，是著陸器「託著」上升器降落到月面，實際上，著陸器上GNC系統的工作，卻藉助了上升器上的中央控制計算機和星敏感器。
　　中央控制計算機是上升器在月面起飛時要用的「最強大腦」，星敏感器則能讓上升器通過「看星星」確定自己的姿態。
　　這樣的「合作」，是設計人員結合「上升器全程陪同著陸器」的實際想出的妙招，既節約了成本，又減輕了重量。
　　此外，當著陸器接近月面時，發動機激起的月塵容易讓星敏感器「迷眼」，從而影響後續上升器起飛。研製團隊專門設計了一個蓋子，可以在落月最後階段把星敏感器的鏡頭蓋起來，他們稱之為「天黑請閉眼」。待落月之後月塵散去，再讓星敏感器「睜眼」。

B

嫦娥五號在月面咋起飛？
上升器上發動機提供推力相當於1枚微縮版運載火箭

　　與我國以往探月任務不同，嫦娥五號既要落月探測，又要採樣返回，任務更為複雜艱巨。中國航天科技集團六院研製的一系列空間姿控軌發動機，在任務中派上大用場。
　　嫦娥五號探測器由著陸器、上升器、軌道器、返回器4部分組成。六院為著陸器、軌道器和上升器研製了三套推進系統，這是目前我國空間飛行器上最複雜的推進系統。
　　據六院專家介紹，這三套推進系統由77臺大小不同、性能各異的軌姿控發動機組成。系統性能指標高、質量輕、推進劑使用效率高，既能經歷嚴酷的溫度環境，又能適應寬範圍使用溫度。由於系統複雜，對其可靠性也有著更高要求。
　　為了實現探月三期工程「回」的目標，探測器推進系統面臨極為嚴苛的減重要求。六院團隊在充分評估風險後，作出了著陸器用4臺表面張力貯箱替代4臺金屬膜片貯箱方案的更改，並反覆驗證，完成了研製攻關，最終實現減重約26千克。
　　為了確保嫦娥五號能在月球平穩著陸，並從月球返回，六院為探測器量身定做了兩款3臺新型發動機。其中，軌道器上的1臺3000牛發動機，為地月轉移、月地轉移中途修正、近月制動、離月加速提供推力；上升器上的1臺3000牛發動機，相當於1枚微縮版運載火箭，將為月面起飛提供推力；探測器月面軟著陸任務，由1臺7500牛變推力發動機完成。
　　比其它型號發動機組件，7500牛變推力發動機的流量調節器上，零件加工精度要求極高，公差達微米級，相當於1根頭髮的80分之一。僅1根流量調節錐上，就有8處公差為微米級的加工難點。這在行業內通常被認為是絕不可能完成的，航天工匠們卻將這種不可能的任務完美實現。

　　綜合新華社、《科技日報》