嫦娥五號(hào)完美落月的科技支撐

北京時(shí)間12月1日23時(shí)11分，在經(jīng)歷了為期一周的地月轉(zhuǎn)移、近月制動(dòng)、環(huán)月飛行之旅后，嫦娥五號(hào)探測(cè)器成功著陸在月球正面西經(jīng)51.8度、北緯43.1度附近的預(yù)選著陸區(qū)，并傳回著陸影像圖。作為中國(guó)探月工程“繞、落、回”三步走的收官之戰(zhàn)，嫦娥五號(hào)任務(wù)將從月球采集約2千克月球樣品返回地球。嫦娥五號(hào)探測(cè)器軟著陸于月球哪個(gè)區(qū)域？探測(cè)器如何穩(wěn)穩(wěn)地降落？其背后的支撐是中國(guó)強(qiáng)大的科技實(shí)力。

落在哪？

據(jù)中國(guó)國(guó)家航天局消息，12月1日22時(shí)57分，嫦娥五號(hào)著陸器和上升器組合體從距離月面約15公里處開始實(shí)施動(dòng)力下降，7500牛變推力發(fā)動(dòng)機(jī)開機(jī)，逐步將探測(cè)器相對(duì)月球的下降速度從約1.7公里/秒降為零。期間，嫦娥五號(hào)探測(cè)器進(jìn)行快速姿態(tài)調(diào)整，逐漸接近月表。此后進(jìn)行障礙自動(dòng)檢測(cè)，選定著陸點(diǎn)后，開始避障下降和緩速垂直下降，平穩(wěn)著陸于月球正面風(fēng)暴洋的呂姆克山脈以北地區(qū)。著陸過(guò)程中，著陸器配置的降落相機(jī)拍攝了著陸區(qū)域影像圖。

成功著陸后，著陸器在地面控制下，進(jìn)行了太陽(yáng)翼和定向天線展開等狀態(tài)檢查與設(shè)置工作，并正式開始持續(xù)約2天的月面工作，預(yù)計(jì)將采集2千克左右的月球樣品。

中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)探月工程首任首席科學(xué)家歐陽(yáng)自遠(yuǎn)曾表示，中國(guó)選擇的著陸點(diǎn)距離美國(guó)阿波羅計(jì)劃著陸點(diǎn)有上千公里距離，將會(huì)迎來(lái)新的現(xiàn)象、新的發(fā)現(xiàn)。

怎么落？

在選定呂姆克山脈以北地區(qū)作為著陸點(diǎn)后，此次落月有四大看點(diǎn)。

看點(diǎn)一：選址準(zhǔn)落得穩(wěn) 嫦娥五號(hào)任務(wù)的落月和近月制動(dòng)一樣，有且只有一次機(jī)會(huì)，必須一次成功。由于涉及采樣后上升器的月面起飛，所以，嫦娥五號(hào)落月的過(guò)程也是為后續(xù)上升器月面起飛選擇“發(fā)射場(chǎng)”。相較于嫦娥三號(hào)、四號(hào)，嫦娥五號(hào)對(duì)于著陸點(diǎn)的位置精度和平整度方面的高要求是空前的，這需要著陸區(qū)域內(nèi)無(wú)太高的凸起、無(wú)太深的凹坑，坡度要符合任務(wù)要求。

為實(shí)現(xiàn)“選址正確、落得準(zhǔn)確”，嫦娥五號(hào)采用了五院502所在嫦娥三號(hào)和四號(hào)上應(yīng)用的“粗精接力避障”方式。著陸上升組合體在飛到距離月面100米時(shí)會(huì)懸停一下，通過(guò)對(duì)選定區(qū)域拍照，精確識(shí)別、選好落點(diǎn)。之后，著陸上升組合體再斜向下飛行，邊下降邊注意避障，飛到選定著陸點(diǎn)的正上方后垂直下降，在距離月面較近時(shí)提前關(guān)閉主發(fā)動(dòng)機(jī)，然后利用著陸腿的緩沖實(shí)現(xiàn)軟著陸。

看點(diǎn)二：“腿”功強(qiáng)大保安全 落月的關(guān)鍵在于平穩(wěn)二字。嫦娥五號(hào)著陸上升組合體在落月時(shí)，撞擊月面會(huì)形成較大的沖擊載荷，必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的著陸緩沖系統(tǒng)，吸收著陸的沖擊載荷，保證探測(cè)器不翻倒、不陷落，這是落月的技術(shù)難題之一。著陸緩沖機(jī)構(gòu)，通俗地說(shuō)，就是嫦娥五號(hào)的“腿”。與嫦娥三號(hào)的著陸緩沖設(shè)計(jì)方案相比，由于任務(wù)難度增加，嫦娥五號(hào)任務(wù)的著陸緩沖能力要求提高了30%，但機(jī)構(gòu)重量指標(biāo)卻減少了5%。嫦娥五號(hào)的“腿”繼承了嫦娥三號(hào)、嫦娥四號(hào)的良好基因，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“偏置收攏、自我壓緊”式方案，保證收攏簡(jiǎn)單、展開可靠，解決了著陸緩沖、著陸穩(wěn)定性等多方面問(wèn)題，確保嫦娥五號(hào)穩(wěn)定可靠地完成與月球的“親密擁抱”。

看點(diǎn)三：天黑請(qǐng)閉眼 在降落的過(guò)程中，嫦娥五號(hào)著陸上升組合體距離月面較近時(shí)，主發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)激起月塵，容易觸發(fā)月塵污染星敏感器，從而影響上升器后續(xù)的月面起飛。為了不讓月塵“迷了上升器的漂亮眼睛”，科研人員特別設(shè)計(jì)了一個(gè)蓋子。在距離月面一定的高度時(shí)把星敏感器的鏡頭蓋起來(lái)，待落月之后月塵散去，再通知星敏感器把蓋子打開，這一睜一閉之間，著陸器和上升器組合體已經(jīng)順利著陸在月亮之上。這一過(guò)程被科研人員親切地稱為“天黑請(qǐng)閉眼”。

看點(diǎn)四：定向天線“一線牽” 落月牽動(dòng)著國(guó)人的心。38萬(wàn)公里外的嫦娥五號(hào)正經(jīng)歷著什么樣的考驗(yàn)？所有的訊息，都需通過(guò)著陸上升組合體的一口小小的“鍋”來(lái)傳送遙測(cè)數(shù)據(jù)。這個(gè)“小鍋”就是定向天線——把探測(cè)器上的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛娴陌l(fā)射轉(zhuǎn)換裝置。從月球把數(shù)據(jù)發(fā)送回地球，通信的距離相比地面手機(jī)通信遠(yuǎn)了幾萬(wàn)倍，這就需要采取特殊的對(duì)地定向天線來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)?？蒲腥藛T設(shè)計(jì)的定向天線包含了反射面天線輻射器、雙軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。雙軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)就像人的肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)，驅(qū)動(dòng)反射天線輻射器靈活地轉(zhuǎn)動(dòng)，確?！靶″仭笔冀K對(duì)準(zhǔn)地面，向地球傳送嫦娥五號(hào)落月的遙測(cè)數(shù)據(jù)。

為何選擇兩種“挖土”模式

據(jù)國(guó)家航天局介紹，嫦娥五號(hào)探測(cè)器自動(dòng)采樣任務(wù)采用表取和鉆取結(jié)合，多點(diǎn)采樣的方式，設(shè)計(jì)了鉆具鉆取和機(jī)械臂表取兩種“挖土”模式。

鉆取的鉆頭中間是一個(gè)中空結(jié)構(gòu)，通過(guò)把鉆頭深入到月球表面以下，然后中空的管子里能夠取樣。表取則是用機(jī)械臂獲取月球表面樣品。用兩種方式能夠獲得更多種類、更多數(shù)量的樣品。設(shè)計(jì)鉆取和表取這兩種方式，可以互為備份。

挖完土之后，為了安全帶回地球，還要對(duì)采集到的樣品進(jìn)行打包，要把鉆取的巖芯部分裝進(jìn)一個(gè)包裹，這個(gè)包裹形狀是長(zhǎng)條形的，像個(gè)香腸一樣，把樣本緊密地包裹好，封裝好。這些土壤不能在轉(zhuǎn)移到地球的時(shí)候被污染了，因?yàn)榈厍蚝驮虑颦h(huán)境不一樣，月球樣品一定要在非常潔凈的環(huán)境下保存。

（據(jù)新華社12.3訊、中新網(wǎng)12.2）