记者从国家航天局获悉,就在刚才,嫦娥五号探测器成功降落在月球正面预选着陆区,成为中国第三个成功实现月球表面软着陆的探测器。成功着陆后,着陆器将在地面控制下正式开始在月球表面工作2天左右。
了解更多秘密:四大技能帮助“嫦娥”完美登月/北京日报客户记者张航通讯员韩润琪薛迎民高晓燕薛鑫今晚23点左右,嫦娥五号探测器的着陆器和升降器组合成功实现了在月球预定区域的软着陆。
经过主动减速、快速调整、悬停避障和慢速下降,着陆器和升降舵的组合最终在月球表面牢牢着陆。
后续装配将开始取样、检测等。
秘诀:四大技能帮助嫦娥完美落月。嫦娥看似轻盈,却凝聚着研究者的智慧。嫦娥五号探测器通过中国航天科技五院专家的一系列精巧设计和技术研究,确保了嫦娥在月球上的完美着陆。
粗精接力灵巧避障嫦娥五号登月任务和近几个月刹车一样,只有一次机会,必须成功一次。因为它还涉及到采样后在月球表面升空起飞的过程,嫦娥五号的登月过程也是为后续在月球表面升空起飞选择“发射场”的过程。
与以往的嫦娥三号和嫦娥四号任务相比,嫦娥五号任务对探测器着陆点的定位精度和平滑度有更高的要求:着陆区不能有太高的颠簸或太深的坑,坡度也要满足任务要求。可以说,登月的过程就是在着陆器和升降器组合飞行的同时找到着陆点,在15分钟左右完成600公里左右的自主跳伞全程。
▲登月时动力下降段示意图。图片来源:国家航天局月球探测与航天工程中心
嫦娥五号探测器采用了五院502研制的“粗精接力避障”登月方法,实现了“正确选址、准确着陆”,并在嫦娥三号和嫦娥四号上成功应用。在登月过程中,在502开发的制导、导航和控制系统的指挥下,着陆器和升降舵的组合首先通过大推力反向刹车快速减速,然后快速调整姿态并拍照识别预定着陆区域的地形,避开大障碍物,实现“粗略避障”;然后组件飞到离月球表面100米的地方悬停,再次精确拍摄选定区域,实现“精确避障”;之后组件斜向下漂移到选定的着陆点,在着陆点正上方移动后开始垂直下降,接近月球表面时关闭发动机,然后利用着陆腿的缓冲实现软着陆。
缓冲“腿”,帮助“嫦娥”牢牢托住月亮的关键是稳定。当着陆器和升降舵的组合落在月球上时,会对载荷产生很大的影响,因此需要设计相应的着陆缓冲系统,以保证探测器不会翻倒或坠落。这是登月的技术难点之一。落地缓冲机构,通俗地说,就是总成的“腿”。
这四条集缓冲和支撑为一体的“腿”不常见。它们是由机构子系统团队精心设计和开发的。着陆缓冲机构有完全自主知识产权的“偏折自压”方案,保证折叠简单、部署可靠,解决了着陆缓冲、着陆稳定性等诸多问题。
与嫦娥三号着陆缓冲设计方案相比,嫦娥五号任务着陆缓冲能力提高了30%,但机构重量指数降低了5%。这给整体设计部门的团队成员带来了很多问题。面对减重的困难,开发团队反复迭代,每次都要修改设计。讨论中一旦发现新的减重突破,它毫不犹豫的再次推翻设计,继续修改。最终成功达到设计指标,确保嫦娥五号稳定可靠地完成与月球的亲密拥抱。
“天黑请闭上眼睛”的设计保证了着陆时的防尘。着陆器和升降舵组合在着陆过程中有两个精巧的设计。在表面上,着陆器“携带”了升降舵,软着陆在月球表面,但实际上,在整个登月过程中,着陆器的制导、导航和控制系统的工作,以及智能自主的指挥过程,都依赖于“外脑”和“外眼”。“外脑”和“外眼”分别是升降器在月球表面起飞时使用的“超脑”中央控制计算机和“观星”确定其姿态的星敏感器。这是设计师根据“升降器全程伴随着陆器”这一事实想出的妙招,既节约了成本,又减轻了重量。
由于主机激起的月尘在接近月球表面时会污染星敏感器,从而影响在月球表面的上升起飞,研究人员特意设计了盖子,在星敏感器距离月球表面一定高度时盖住星敏感器的镜头,这就是所谓的“天黑请闭眼”。月亮落下后,月尘会散开,然后通知星敏感器打开盖子。在这次开启和关闭之间,着陆器和登月舱的结合已经顺利登陆月球。
轻巧的定向天线连接着地球和月球“嫦娥”,触动着每个人的心灵。探测器在38万公里外是一种什么样的测试?所有的信息都需要通过着陆器和升降器组合的一个小“锅”来不时地传输遥测数据。这个“小罐子”是一个定向天线——一个将探测器上的数据传输到地面的传输和转换设备。
从月球向地球发回数据,通信距离是地面手机通信的几万倍。因此,需要采用特殊的定向天线来传输数据。第五研究院总设计部的研究人员设计的定向天线包括反射面天线辐射器和双轴驱动机构。两轴驱动机构就像人体的肩关节和肘关节一样,驱动反射式天线辐射器灵活转动,保证“小锅”始终与地面对齐。此外,这种反射天线重量极轻,比同类天线轻40%以上。它轻便可靠。
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