嫦娥六號(hào)月背軟著陸背后的硬技術(shù)

據(jù)國(guó)家航天局消息，6月2日6時(shí)23分，嫦娥六號(hào)著陸器和上升器組合體（以下簡(jiǎn)稱“組合體”）在鵲橋二號(hào)中繼星支持下，成功著陸在月球背面南極-艾特肯盆地預(yù)選著陸區(qū)。

當(dāng)日6時(shí)9分，組合體開始實(shí)施動(dòng)力下降，7500牛變推力主發(fā)動(dòng)機(jī)開機(jī)。其間，組合體進(jìn)行快速姿態(tài)調(diào)整，逐漸接近月表。此后通過(guò)視覺(jué)自主避障系統(tǒng)進(jìn)行障礙自動(dòng)檢測(cè)，利用可見光相機(jī)根據(jù)月面明暗選擇大致安全點(diǎn)，在安全點(diǎn)上方100米處懸停，利用激光三維掃描進(jìn)行精確拍照以檢測(cè)月面障礙，最終選定著陸點(diǎn)，開始緩速垂直下降，即將到達(dá)月面時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，利用緩沖系統(tǒng)保障組合體以自由落體方式到達(dá)月面，最終平穩(wěn)著陸。

嫦娥六號(hào)落月任務(wù)是我國(guó)實(shí)施的第五次地外天體軟著陸、第四次月面軟著陸，以及第二次月背軟著陸。中國(guó)航天科技集團(tuán)五院多項(xiàng)“硬核技術(shù)”支撐了此次落月任務(wù)成功實(shí)施。

月背著陸區(qū)選址面臨新挑戰(zhàn)

嫦娥六號(hào)的任務(wù)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)人類首次月球背面自動(dòng)采樣返回，其著陸區(qū)選擇直接關(guān)系到工程實(shí)施的風(fēng)險(xiǎn)控制、采樣樣品的科學(xué)成果產(chǎn)出等。相比月球正面，月球背面地形更為崎嶇，尤其是月球背面的南極-艾特肯盆地區(qū)域整體地勢(shì)較低且撞擊坑分布更多，光照和測(cè)控更易受到地形遮擋影響。這些因素都給嫦娥六號(hào)落月選址工作帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

為了讓嫦娥六號(hào)能夠穩(wěn)穩(wěn)著陸月背，五院研制團(tuán)隊(duì)深入研討和分析了月背采樣任務(wù)的選址難點(diǎn)和特點(diǎn)，充分借鑒融合深空探測(cè)以往型號(hào)的選址經(jīng)驗(yàn)，建立了一套適用于月背著陸的選址方法。

利用以往型號(hào)遙感數(shù)據(jù)，研制團(tuán)隊(duì)對(duì)著陸區(qū)復(fù)雜地形地貌情況進(jìn)行深入分析與確認(rèn)，為組合體在月球表面尋找滿足安全著陸、月面工作、月面起飛等需求的區(qū)域。

在確認(rèn)著陸區(qū)后，研制團(tuán)隊(duì)對(duì)著陸區(qū)的地形地貌、地質(zhì)條件等進(jìn)行了多輪復(fù)核與研究工作，進(jìn)一步降低著陸風(fēng)險(xiǎn)，保證選址區(qū)域分析完備、選址約束考慮全面、選址結(jié)果可信可用。

GNC系統(tǒng)自主實(shí)現(xiàn)

“粗精接力避障”

此次嫦娥六號(hào)落月任務(wù)充分借鑒了我國(guó)多次地外天體軟著陸的成功經(jīng)驗(yàn)，再次展現(xiàn)了我國(guó)特有的“粗精接力避障”技術(shù)。

“嫦娥”家族使用的GNC（制導(dǎo)導(dǎo)航與控制）系統(tǒng)均由五院502所研制。該系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)知道“我在哪兒”“我要去哪兒”和“我怎么去”。它就像落月過(guò)程中的駕駛員，要完成飛行軌跡控制、安全著陸點(diǎn)選擇、精準(zhǔn)控制三項(xiàng)核心任務(wù)。

在下降過(guò)程中，嫦娥六號(hào)GNC系統(tǒng)需要自主選擇一個(gè)既符合著陸要求，又能滿足上升器月面起飛條件的落點(diǎn)，為后續(xù)的取土和起飛創(chuàng)造良好條件。為此，GNC系統(tǒng)會(huì)自主操控組合體邊降落邊快速調(diào)整姿態(tài)，對(duì)預(yù)定著陸區(qū)域進(jìn)行拍照分析，并飛向選定區(qū)域。這是第一次避障，也被稱為“粗避障”。

在距離月面更近時(shí)，組合體實(shí)施短暫懸停，再次對(duì)月面拍照，精確避開障礙，選定最終落點(diǎn)。這是第二次避障，即“精避障”。

之后，組合體飄移至落點(diǎn)正上方并垂直下降，至特定高度時(shí)關(guān)閉主發(fā)動(dòng)機(jī)，利用著陸腿的緩沖機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)軟著陸。

相比嫦娥五號(hào)，嫦娥六號(hào)要消耗更多推進(jìn)劑，對(duì)此研制人員對(duì)GNC系統(tǒng)進(jìn)行了針對(duì)性調(diào)整、優(yōu)化和升級(jí)，確保了落月精度又兼顧了資源使用的經(jīng)濟(jì)性。

“泊車?yán)走_(dá)”讓著陸更精準(zhǔn)

月背著陸過(guò)程可以說(shuō)是環(huán)環(huán)相扣、險(xiǎn)象環(huán)生，距離和速度信息的支持，是決定任務(wù)成敗的重要一環(huán)。五院西安分院研制的微波測(cè)距測(cè)速敏感器，如同安裝在嫦娥六號(hào)著陸器上的“泊車?yán)走_(dá)”。它在著陸器接近月面時(shí)開始工作，細(xì)致測(cè)量各項(xiàng)數(shù)據(jù)并精確傳遞，讓著陸器準(zhǔn)確判斷著陸點(diǎn)和降落速度，為安全精準(zhǔn)著陸提供可靠保障。

為應(yīng)對(duì)著陸瞬間帶來(lái)的沖擊，五院529廠為著陸器量身定制了4條輕質(zhì)、高強(qiáng)的著陸腿，學(xué)名叫“著陸緩沖機(jī)構(gòu)”。每條著陸腿都由1個(gè)主腿、2個(gè)副腿和1個(gè)足墊組成，它們協(xié)同工作，能在嫦娥六號(hào)落月時(shí)更安全、更舒適。

接下來(lái)，嫦娥六號(hào)著陸器攜帶的有效載荷將按計(jì)劃工作，開展科學(xué)探測(cè)任務(wù)。嫦娥六號(hào)任務(wù)國(guó)際載荷中歐洲航天局月表負(fù)離子分析儀、法國(guó)月球氡氣探測(cè)儀即將開機(jī)工作，意大利激光角反射器完成部署。

據(jù)悉，組合體成功著陸后，著陸器將通過(guò)鵲橋二號(hào)中繼星，在地面控制下，進(jìn)行太陽(yáng)翼和定向天線展開等狀態(tài)檢查與設(shè)置工作，此后正式開始持續(xù)約2天的月背采樣工作，通過(guò)鉆具鉆取和機(jī)械臂表取兩種方式分別采集月壤樣品和月表巖石，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)、多樣化自動(dòng)采樣。同時(shí)將開展月球背面著陸區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析、月壤結(jié)構(gòu)分析等科學(xué)探測(cè)，深化月球成因和演化歷史的研究。

（小靜摘自2024年6月3日《科技日?qǐng)?bào)》）