好消息!嫦娥五號成功在月球著陸,開啟為期兩天探月取壤工作

2020年12月1日23時，嫦娥5號探測器在月球正面預選著陸區域成功著陸，並返回著陸圖像，成為我國第三個成功實現月面軟著陸的探測器。登月成功後，著陸器將在地面控制下，正式開始為期約2天的嫦娥五號月面採樣工作，預計將採集大約2千克的月球樣品。

月球探測器的著陸器、升降器組合實現了月球表面預定區域的軟著陸。

經過主動減速、快速調整、懸停避障、緩慢下降等階段後，著陸器、升器組合物最終平穩地落在月面上。

隨後的組合器將啟動採樣，探測等工作。

四大絕技助「嫦娥」圓滿落月

這種落法看似輕巧，卻凝聚了科學工作者的智慧。中國航天科技集團五院的專家們，通過對嫦娥五號探測器抓總研製單位的精心設計與技術攻關，確保了「嫦娥」圓滿落月。

粗細結合靈活避障

「嫦娥5號」落月和近月著陸的制動一樣，只有一次機會，必須一次成功。因為採樣後升降器在月面起飛，所以嫦娥5號的降落過程也就是為後續升降器在月面起飛選擇「發射場地」的過程。

與之前的嫦娥3號、4號任務相比，嫦娥5號對探測器著陸點的定位精度和平順性提出了前所未有的要求：著陸區內不能有過高的凸起，不能有過深的凹坑，而且必須有與任務要求相符的坡度。據說，降落月球的過程就是降落著陸，升降器組合在飛行途中尋找降落點，在大約600公裡外的15分鐘內完成一次全自動降落。

落月過程中動力下降段的示意圖。

為達到「定位準確，落得準確」的目的，嫦娥五號探測器採用了五院502研究所研製的「粗精接力避障」技術，該技術已在嫦娥三號和嫦娥四號上成功應用。降落過程中，在502制導導航與控制(GNC)系統(GNC)的指揮下，起降組合體首先以強烈的推力反向制動迅速減速，然後迅速調整姿態並對預定降落區域的地形進行拍照識別，以避免大面積的障礙物，實現「粗避障」；然後組合體飛到離月面近的地方後懸停，並再次對選定區域進行精確拍照，實現「精避障」；隨後組合體再斜向下飄向選定的著陸點，在接近起降點正上方，開始垂直下降，到離月面近一點時，發動機停止工作，然後利用起降組合體的起降腿緩衝實現軟著陸。

緩衝器腿幫助嫦娥穩定地擁抱月球

下個月的關鍵是安穩。著陸器、升降器組合式在降落月面時，撞擊月面將對載荷產生較大的衝擊，必須設計相應的緩衝著陸系統，以保證探測器不會墜落或墜落。那是下個月的技術難題。降落緩衝裝置，通俗的說就是一組裝置的「腿」。

4條支撐性、支撐性「腿」不能一概而論，它們都是機構分系統團隊精心設計，巧手研製出來的。具有完全自主智慧財產權的「偏置收攏、自壓」式著陸緩衝機構，確保了收攏過程的簡單性和可擴展性，解決了著陸緩衝和著陸穩定性等諸多問題。

相對於嫦娥三號的著陸緩衝設計，嫦娥五號的著陸緩衝需求因任務難度增加而提高了30%，但機構重量指標下降了5%。對於整個設計部門來說，這是一個不小的難題。面對減輕重量的困難，研發團隊反覆迭代，每次修改設計，討論時一旦發現新的減輕重量突破口，便毫不猶豫地再一次顛覆設計，繼續修改，最終成功滿足設計要求，確保嫦娥5號平穩可靠地與月球擁抱。

天暗閉眼設計，降落防塵

此外，在登陸器、升降器組合式落月過程中，還有兩個精巧的設計。儘管表面上看，是著陸器「背上」升降器軟著陸到了月面，但實際上，著陸器引導導航與控制系統的工作以及智能自主的指揮過程都是藉助「外腦」和「外眼」完成的。這兩個「外腦」分別是升降器升降時要使用的「最強腦」中央控制計算機，以及通過「看星星」來確定自身姿態的星敏感器。設計人員根據「升降機全程護送著陸器」的實踐提出了一個巧妙的方法，既節省了成本，又減輕了重量。

因為離月面較近時主啟動機會激起的月塵汙染了星敏感器，從而影響了月面升降器的升降，因此科研人員專門設計了一個蓋子，在離月面一定高度時，將星敏感器的鏡頭蓋住，稱為「天黑請閉眼」，待月塵散去後再通知星敏感器將蓋子打開，這在睜開之間，就被稱為「天黑閉眼」，這樣，著陸器和上升器組合的升降器就順利降落在月亮上。

輕量化定向天線暢聯地月

《嫦娥5號》的落月牽動了每個人的心。三百八十萬公裡外的探測器正在經受怎樣的考驗？一切訊息都必須透過一個小鍋，由登陸器、升降器組合而成，隨時傳送遙測資料。這隻「小鍋」是一個定向天線，它能將探測器上的數據傳送到地面的發射轉換器。

將數據從月球傳送回地球，通信距離是地面移動通信的數萬倍。因此需要採用特殊的對地定向天線來傳送數據。五院總體設計科研人員設計的定向天線，包括反射面天線輻射器，雙軸驅動機構。雙軸驅動機構類似於人的肩關節、肘關節，能使反射天線輻射器靈活地轉動，保證「小鍋」始終對著地面。另外，該反射面天線採用了極輕量化的設計，與同類天線相比，重量減少了40%以上，既輕巧又可靠。

嫦娥五號完成月球表面自動採樣，將珍貴的月壤帶回地球，這是對月球成因和演化歷史等科學研究的一次收官之戰，也是我國航天領域迄今為止最為複雜和困難的任務。

儘管嫦娥5號的核心任務是「採樣返回」，但其實質是「繞、落、回」三大任務缺一不可，這是自16年來，整個探月工程啟動實施以來的一次系統級檢驗。

與前次「嫦娥1號」到「嫦娥4號」的月球探測器相比，「嫦娥5號」探測器的結構最為複雜，其總體結構由4個部件組成——上升器、著陸器、返回器和軌道器(如圖所示)，而「嫦娥一號」和「嫦娥二號」只是一個軌道器，「嫦娥三號」和「嫦娥四號」也只有一個著陸器和一個巡陸器。

「嫦娥五號」任務在任務操作層面上包括：兩次發射即地面發射和月面發射(新)，兩次著陸即月面著陸和返回地球著陸(新)，兩次封裝(新)即月面封裝和環月軌道封裝，一次環月交會對接(新)，四個全新的重要環節在其中運行，可見整個任務執行的複雜性比以前的探月任務要大得多。