嫦娥五號去月球送快遞啦!這條太空「物流」通道,原來是上海製造

2020-11-26 騰訊網

點火！升空！

凌晨4點30分

嫦娥五號探測器成功發射！

開啟我國首次地外天體採樣返回之旅

作為探月三期的收官之戰

嫦娥五號將刷新人類無人月球

採樣返回任務新紀錄

而軌道器作為貫穿任務全過程的核心產品

由中國航天科技集團有限公司八院

上海航天技術研究院抓總研製

是名副其實的「太空郵差」

它將在相距38萬公裡的地球和月球之間

構建起一條太空「物流」的特殊通道

不僅要去得了，回得來

還要能按時「上下貨」

將珍貴的月壤投送回藍色星球

作為目前最複雜的空間飛行器之一

軌道器在軌共有5次分離

6種組合體狀態

承擔地月往返運輸、器間分離

交會對接與樣品轉移等關鍵任務

難度極大

但上海航天突破了4項關鍵技術

高可靠連接分離技術

連得穩 可靠分

嫦娥五號探測器由4個部分組合而成，多器分工合作的狀態造就了探測器在太空中不斷分離-組合-再分離-再組合的變形過程，這在我國太空飛行器中絕無僅有。

軌道器要順利完成地月轉移，並將裝有樣品容器的返回器帶回地球，整個過程涉及5次分離，包括與火箭分離、與著陸上升組合體分離、與支撐艙分離、與對接艙上升器組合體分離、與返回器分離，既要保證組合狀態下器與器連得穩固，同時又要確保分離過程的安全可靠，這是探測器研製的難點之一。

軌道器與上升器分離效果圖

軌道器摒棄了傳統的艙段間包帶連接方式，創新採用多點高強度分離螺母連接，通過在各分離面配置不同數量的分離螺母以滿足艙段間連接強度與剛度要求。同時雙作動分離螺母包含兩套解鎖機構，其中任意一套動作就能確保分離面每一個分離點的可靠分離。連接穩固、分離可靠的連接解鎖與分離關鍵技術，成就了嫦娥五號的從容飛天之旅。

月球軌道對接與樣品轉移技術

精準接 無縫轉

嫦娥五號將實現人類首次月球軌道交會對接。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釐米左右的通道，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十五分之一。

交會對接效果圖

為了達到這一效果

上海航天為此專門研製了

一套抱爪式對接機構

「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。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，還要將上升器上裝有月壤的樣品容器轉移到返回器中。這一動作，可謂關鍵，如何實現呢？

樣品轉移效果圖

連杆棘爪式轉移機構了解一下。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。相連後就只能單方向傳遞，只能前進不能後退。」

1秒捕獲、10秒校正、10秒鎖緊

對接全步驟要在這21秒內完成

為了在38萬公裡之外高速運行的飛行器上

實現這一系列高難度動作

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

總體優化與結構輕量化技術

輕如燕 高負載

受探測器整體重量約束的影響，軌道器在具備強大的承載能力的同時，還得做到身輕如燕。

為了做到身材比例的完美，軌道器

首次使用大承載複雜構型輕量化結構

首次創新使用多次分離複雜構型

首次使用多冗餘路徑複合傳力結構

首次採用大承載複合材料一體成型插層變厚度承力球冠技術

等七項創新技術

結構質量比達到9.6%，真正做到了效能最優。僅僅46kg的承力球冠能夠承載3噸貯箱，具備30噸的極限承載能力，真正做到「雞蛋殼上掛秤砣」。

通過積極創新設計，軌道器內有錚錚鐵骨，外有完美身材，擎得起飛天夢想，穩得住每個動作，成就了可靠的飛天嫦娥。

著上組合體落月效果圖

分布式綜合電子技術

分區管 易拓展

軌道器採用分艙段設計，各艙段都有對應的配電管理、熱控管理、信息管理需求，如果按照傳統的模式設計整器電氣，需要大量的跨艙段電纜進行信息交互，對軌道器的重量設計、分離面設計、電纜網設計以及整器總裝造成負擔。

上升器月面起飛效果圖

為此，研製團隊創新提出了分區域管理的分布式綜合電子單機設計思想，通過區域劃分和整體布局，最大可能地減少穿艙電纜與艙段內硬線連接。同時，團隊還創新提出整器電氣管理的區域化、標準化、模塊化設計思想，通過制定一系列標準規範，使得綜合電子系統做到從內到外整齊標準，靈活組裝、易於拓展，跑得穩軟體，傳得好信號，點得起火工品，控得住機構。目前分布式綜合電子技術已在多種飛行器推廣應用，走出了一條不同以往的新路。

每一項新技術的背後

都有無數的努力

自2011年軌道器立項起

中國航天科技集團八院探月工程團隊

「白手起家」，展開了攻堅研製之旅

七年研製、三年貯存

嫦娥五號軌道器是團隊探月之路上

經歷時間最長、研製最為艱苦的一個太空飛行器

軌道器帶返回器「回家」

十年問天路 九天取玉盤

所有的努力都是值得的

這支為嫦娥五號奮戰的團隊

真的很能打！

也祝福「嫦娥」

一路順風，平安歸來

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金海岸工作室

作 者 | 葉 薇 王玓瑭

圖片| 中國航天科技集團八院

編 輯 | 梁 群

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