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嫦娥五號告訴你如何在38萬公里外“深情擁抱”

來源:咸寧網 時間:2020-12-08 16:23

2月6日清晨,嫦娥五號上升器與軌道返回組合體在月球軌道上,實現了我國首次月球軌道自動無人交會對接與樣品轉移。

對接機構設計理念世界首創

看點1:對接全步驟要在21秒內完成,1秒捕獲、10秒校正、10秒鎖緊。為此研制團隊做了35項故障預案,從啟動開始到交會對接,全部采用自動控制。

嫦娥五號采用的對接方式,與我國載人航天任務交會對接有很大區別。

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,在對接后可形成一個80厘米左右的通道,方便航天員穿行。而月球探測對探測器的質量和空間有嚴苛限制。嫦娥五號對接機構必須小而精,重量要減小到周邊式對接機構的1/15,同時還要具備樣品容器捕獲、自動轉移功能。

據中國航天科技集團八院嫦娥五號探測器副總指揮張玉花介紹,研制團隊在嫦娥五號上采用了抱爪式對接機構,通過增加連桿棘爪式轉移機構,實現了對接與自動轉移功能的一體化。這些設計理念是世界首創。

捕獲、收攏、轉移,過程看似簡單,要在38萬公里之外高速運行的飛行器上實現,卻并不那么容易。

“月球軌道相對于地球軌道有時延,時間走廊較小,這就對時效性要求非常高,必須一氣呵成完成對接與轉移任務。”對接機構與樣品轉移分系統技術負責人劉仲說。

他們還構建了整機特性測試臺、性能測試臺、綜合測試臺、熱真空試驗臺四大測試系統,先后進行了661次對接測試、518次樣品轉移測試。劉仲說,科研人員甚至故意在試驗中加入小故障,讓對接機構自動判別,進行故障排除,以確保自動對接與樣品轉移過程萬無一失。

雷達從百公里外牽線搭橋

看點2:微波雷達測角精度的提高,使對接雙方在距離20米時,上升器對接機構抱爪的鎖定圓面,從之前的半徑5厘米縮小到半徑3厘米。這2厘米之差,大幅提升了精準對接的勝算。

實現完美對接之前,先要讓軌道器和上升器靠近對方。中國航天科工集團二院25所(以下簡稱25所)研制的嫦娥五號交會對接微波雷達,作為中遠距離測量的唯一手段,為此次交會對接牽線搭橋。

據交會對接微波雷達總工程師孫武介紹,在我國載人航天工程任務中,航天器在近地軌道進行過多次交會對接,都應用了25所微波雷達。不同的是,這次交會對接是在38萬公里之外的月球軌道,難度更大。與近地軌道相比,月球軌道沒有衛星導航等服務資源,微波通信是中遠距離測量的唯一手段。同時月軌環境更復雜,要克服月球引力影響,因此自動交會對接對微波雷達提出的要求極為苛刻。

為此,25所攻克了大寬角度測量等關鍵技術。

此次交會對接是體量相差巨大的“大追小”復雜受力過程,采用了抱爪式的弱撞擊對接機構,這要求微波雷達的測角精度更高。“我們采用了創新的誤差補償算法,將微波雷達的測角精度從0.15°提高到了0.1°。” 微波雷達項目主任設計師賀中琴介紹說。

另外,上升器在落月時難免形成揚塵,有可能對對接用應答機造成干擾,降低測角精度。為此,設計師在應答機上安裝了用特殊材料制作的防塵罩,如同給千里眼戴上了護目鏡,規避了這一隱患。

完美記錄“擁抱”全過程

看點3:嫦娥五號搭載的雙譜段監視相機集紅外和可見光成像于一體,可根據遙控指令要求在6種拍攝模式中自由切換。

這次發生在38萬公里外的交會對接過程,被中國航天科技集團八院控制所研制的紅外及可見光雙譜段監視相機記錄了下來,完美呈現給千千萬萬關注著“嫦娥”的人們。

控制所光學導航專家鄭循江介紹,該相機相當于給普通相機加上了夜視儀,即使交會對接過程發生在月背,接受不到太陽光照,也可以通過紅外相機記錄下來。在有光照的情況下,如果光照太強,可見光相機拍攝的照片可能出現過曝的情況。而這款雙譜段相機可以確保全天時、全光照條件下記錄交會對接過程。

為了給觀眾呈現高清畫質,該相機可見光譜段分辨率達到2048×2048;紅外譜段選用非制冷長紅外波段,分辨率為640×480。但要在此基礎上實現紅外和可見光同時成像,數據量巨大,研制初期產品始終無法達到任務要求的幀頻。項目團隊通過優化DSP軟件架構和算法,提升了軟件運行效率。 ? (咸寧日報綜合)



編輯:但堂丹

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