嫦娥五號(hào)昨晚落月 驚險(xiǎn)14分鐘背后有哪些“黑科技”？

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，將正式開始持續(xù)約2天的月面工作，采集月球樣品。

12月1日23 時(shí)11分，嫦娥五號(hào)探測(cè)器成功著陸在月球預(yù)選著陸區(qū)，

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)月球速度從約1.7公里/秒降為零。其間，探測(cè)器進(jìn)行快速姿態(tài)調(diào)整，逐漸接近月表。

此后，探測(cè)器進(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)，位于月球正面西經(jīng)51.8度、北緯43.1度附近。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，將正式開始持續(xù)約2天的月面工作，采集月球樣品。

嫦娥五號(hào)動(dòng)力下降過(guò)程中降落相機(jī)拍攝的圖像。

懸停避障自主選好落月點(diǎn)

嫦娥五號(hào)落月和近月制動(dòng)一樣，都只有一次機(jī)會(huì)。由于采樣后上升器還需從月面起飛，落月的過(guò)程也是為月面起飛選擇“發(fā)射場(chǎng)”的過(guò)程。

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要求更高，著陸區(qū)域內(nèi)不能有太高的凸起，或者太深的凹坑，坡度也要符合任務(wù)要求。落月的過(guò)程就是邊飛行邊找尋落點(diǎn)，這一過(guò)程要在15分鐘內(nèi)完成。

為了實(shí)現(xiàn)“選址正確、落得準(zhǔn)確”，嫦娥五號(hào)采用了航天科技集團(tuán)五院502所研發(fā)的“粗精接力避障”方式，這一方式已在嫦娥三號(hào)和四號(hào)上應(yīng)用。

分解動(dòng)作來(lái)看，在制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制（GNC）系統(tǒng)的指揮下，著陸器和上升器組合體先是大推力反向制動(dòng)快速減速，快速調(diào)整姿態(tài)，對(duì)預(yù)定落區(qū)地形進(jìn)行拍照識(shí)別，避開大的障礙，實(shí)現(xiàn)“粗避障”。接著，組合體在距離月面100米高度懸停，再次進(jìn)行精確拍照，實(shí)現(xiàn)“精避障”。之后，再斜向下飄向選定的著陸點(diǎn)，移動(dòng)到著陸點(diǎn)正上方之后豎直下降，到距離月面較近時(shí)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，然后利用著陸腿的緩沖實(shí)現(xiàn)軟著陸。

嫦娥五號(hào)軟著陸后降落相機(jī)拍攝的圖像。

四條“腿”落得穩(wěn)、站得正

落月的關(guān)鍵在于平穩(wěn)。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)，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”。

這四條緩沖、支撐一體化的“腿”，由嫦娥五號(hào)機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)研制，也來(lái)自于嫦娥三號(hào)、嫦娥四號(hào)的經(jīng)驗(yàn)。著陸緩沖機(jī)構(gòu)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，保證了收攏簡(jiǎn)單、展開可靠。

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)著陸緩沖能力要求提高了30%，但重量卻減少了5%。

上升器的“大腦”和“眼睛”協(xié)助降落

表面上看，嫦娥五號(hào)落月過(guò)程，就是著陸器“背著”上升器著陸。但實(shí)際上，落月過(guò)程中上升器也沒(méi)閑著。

著陸器借助了上升器的“大腦”和“眼睛”，分別是上升器中央控制計(jì)算機(jī)和星敏感器。前者也是上升器月面起飛時(shí)要用的“大腦”，后者可以通過(guò)“看星星”確定自己的姿態(tài)。

這是設(shè)計(jì)人員根據(jù)“上升器全程陪同著陸器”的實(shí)際想出的妙招，既節(jié)約了成本又減輕了重量。將著陸所需的載荷，分散給著陸器和上升器，同時(shí)實(shí)現(xiàn)一套設(shè)備多個(gè)功能。

距離月面較近時(shí)，主發(fā)動(dòng)機(jī)激起的月塵會(huì)污染星敏感器，從而影響上升器月面起飛。所以設(shè)計(jì)人員專門設(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，再打開蓋子。

嫦娥五號(hào)著陸器和上升器組合體成功軟著陸示意圖。

38萬(wàn)公里外的嫦娥五號(hào)正經(jīng)歷什么樣的考驗(yàn)？著陸上升組合體上一口小小的“鍋”，時(shí)時(shí)傳送著所有的遙測(cè)數(shù)據(jù)。這個(gè)“小鍋”就是定向天線——將數(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，需要采取特殊的對(duì)地定向天線。航天科技集團(tuán)五院總體設(shè)計(jì)部設(shè)計(jì)的定向天線，擁有雙軸驅(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)天線轉(zhuǎn)動(dòng)，確保“小鍋”始終對(duì)準(zhǔn)地面。