揭秘嫦娥五号成功着陆月球:用到了哪些“神器”?

红星新闻网   2020-12-02 07:17

经过约38万公里、一周左右的地月转移、近月制动、环月飞行之旅,12月1日23时11分,嫦娥五号探测器稳稳降落在月球正面风暴洋北部吕姆克山、夏普月溪附近。这是中国探测器第三次在月球表面成功软着陆,也是人类探测器首次踏足月球上的这一区域。

↑12月2日,在北京航天飞行控制中心拍摄的落月后的嫦娥五号探测器。新华社记者 金立旺 摄

与嫦娥三号、四号相比,嫦娥五号的落月过程有何不同?用到了哪些“神器”?

制导导航与控制系统

确保“选址正确,落得准确”

嫦娥五号的落月过程经历了主动减速、快速调整、接近、悬停避障、缓速下降和自由下落段,看似轻松的平稳降落背后,蕴藏着众多科研人员的智慧和积淀。

在距月面1.5公里时,嫦娥五号利用光学成像敏感器进行粗避障,剔除大型障碍物;距月面仅百米时,嫦娥五号上的备用激光三维成像敏感器进行精确避障,精准识别选好落点。

一边下降一边避障,待嫦娥五号飞到选定着陆点后,一个侧身开始垂直下降,并在距离月面较近时关闭发动机、自由落体……着陆腿缓冲着陆!至此,嫦娥五号完美落月!

↑12月2日,在北京航天飞行控制中心拍摄的落月后的嫦娥五号探测器。新华社记者 金立旺 摄

嫦娥五号探测器抓总研制单位中国航天科技集团五院有关负责人介绍,嫦娥五号落月的过程也是为后续上升器月面起飞选择“发射场”的过程。相较于嫦娥三号、四号,嫦娥五号对于着陆点的位置精度和平整度的要求是空前的,需要着陆区域内既没有太高的凸起,也没有太深的凹坑,坡度要符合任务要求。可以说,落月的过程就是边飞行边找寻落点。

着陆缓冲机构

保证探测器不翻倒、不陷落

落月的关键在于平稳。嫦娥五号着陆上升组合体在落月时,撞击月面会形成较大的冲击载荷,必须设计相应的着陆缓冲机构,保证探测器不翻倒、不陷落,这是落月的技术难题之一。

专家介绍,着陆缓冲机构,通俗地说就是嫦娥五号的“腿”。这四条缓冲、支撑一体化的“腿”可不一般,它们是嫦娥五号机构分系统团队精心设计、巧手研制,更拥有嫦娥三号、嫦娥四号的完美基因。

↑12月1日,在北京航天飞行控制中心拍摄的嫦娥五号探测器落月瞬间。新华社记者 金立旺 摄

据介绍,着陆缓冲机构具有完全自主知识产权的“偏置收拢、自我压紧”式方案,保证了收拢简单、展开可靠,解决了着陆缓冲、着陆稳定性等多方面的问题。

搭载“外脑”“外眼”

既节约成本又减轻重量

在嫦娥五号的落月过程中,还有两个精妙的设计。一是虽然表面上看是着陆器“背着”上升器软着陆到了月面上,但实际上,整个落月过程中,着陆器都借助了“外脑”和“外眼”——分别是上升器月面起飞时要用的“最强大脑”中央控制计算机和通过“看星星”确定自己姿态的星敏感器,这是设计人员根据“上升器全程陪同着陆器”的实际想出的妙招,既节约成本又减轻重量。

二是由于距离月面较近时主发动机激起的月尘会污染星敏感器,影响上升器月面起飞,科研人员专门设计了盖子,在距离月面一定的高度时把星敏感器的镜头盖起来,待落月之后月尘散去再通知星敏感器把盖子打开,这一睁一闭之间,着陆器和上升器组合体已经顺利着陆在月亮之上了。

定向天线

实时传送遥测数据

着陆过程中,38万公里外的嫦娥五号正经历着什么样的考验?所有的讯息,都要通过着陆上升组合体的一口“小锅”实时传送遥测数据。这个“小锅”就是定向天线——把探测器上的数据传输到地面的发射转换装置。

专家介绍,从月球把数据发送回地球,通信的距离相比地面手机通信远了几万倍,需要采取特殊的对地定向天线发送数据。中国航天科技集团五院总体设计部设计的定向天线包含了反射面天线辐射器和双轴驱动机构。双轴驱动机构就像人的肩关节、肘关节,驱动反射天线辐射器灵活转动,确保“小锅”始终对准地面。此外,这款反射面天线采用了极致轻量化设计,相比同类天线减重40%以上,可以说是既轻便又可靠。

延伸阅读:嫦娥五号为何着陆“风暴洋”?

此次嫦娥五号的月球着陆区域名叫“风暴洋”,周围有1300米高的火山群,环境之险峻名副其实,让嫦娥五号此行更加充满探险的意味。科学家们认为,着陆在此是十分明智的选择。从地球上看起来,这里更像是广阔、黑暗的熔岩平原。

过去,这里还从未有过任何人类探测器到访过的足迹。为何选择在这里?虽然这里和嫦娥三号在月球虹湾着陆点的纬度基本相当,但根据目前研究成果,这块区域形成的地质年代较短,约37亿年。中科院国家天文台专家表示,此次嫦娥五号有望获取最年轻的月球返回样品,在月球火山活动和演化历史研究等方面取得原创性的科学成果。

↑12月1日,在北京航天飞行控制中心,航天科技人员在监测嫦娥五号探测器工作状态。新华社记者 金立旺 摄

后续,嫦娥五号将同时用“表取和钻取”两种方式采样。“表取”,顾名思义就是从月球表面通过机械臂和机械爪的配合,抓取一部分月壤。而“钻取”则是要通过特殊的钻头,钻到月表以下两米左右的位置,把月壤整体取出来。

“这样能够更加原汁原味地保留月表以下两米的月壤构造情况,让科学家们能够更加清楚地了解到月壤的构造和分布以及每一层的特征。”中国航天科技集团五院嫦娥五号探测器钻取子系统技术负责人王国欣说。

红星新闻网综合 人民日报客户端 新华社客户端 四川日报

编辑:向桥责任编辑:马兰