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柯城信息社 2020-11-23 450 10

细数“嫦娥”探月六大关键环节,一个都不能少!

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原标题:细数“嫦娥”探月六大关键环节,一个都不能少!

嫦娥五号探测器任务技术难点主要表现在轨道设计、月面采样封装、月面起飞上升、月球轨道交会对接与样品转移、月地入射、地球大气高速再入返回等六个关键环节。飞行程序非常复杂,技术性能要求严格。诸多难点、风险点,给航天科技集团五院的研制团队带来巨大挑战。

关键一:轨道设计复杂

嫦娥五号探测器飞行阶段多,各阶段轨道方案耦合紧密,轨道设计受到测控、运载和着陆场的限制,约束条件多,各飞行阶段轨道在控制和测定轨精度能力有限的情况下,匹配精度要求高;飞行过程还涉及月球轨道交会对接、月地转移等新的飞行阶段,飞行过程复杂,轨道设计难度大;同时,轨道设计结果对采样点选择及热控、供配电等分系统的方案设计有直接的影响。在标称轨道设计方案的同时,还需要在推进剂资源受限的情况下,制定各种故障预案,对轨道设计是一个全新的挑战。

关键二:月面采样封装技术新

采样封装是”嫦娥五号”月球无人采样返回任务的核心环节之一。月面采样封装任务采用表钻结合,多点采样的方式,采样装置为全新研制,技术新、难度大,需要考虑飞行任务以及探测器的测控、光照条件、电源、热控等各种约束;采样期间面临月面高温的工作环境;同时采样任务时序紧张、机构动作多、不确定因素多。

关键三:月面起飞上升验证难

上升器基于着陆平台的月面起飞需解决月面起飞初始基准与起飞平台姿态不确定、发动机羽流导流空间受限、地月环境差异带来的验证技术难度大等问题。由上升器、着陆器和月面构成的月面起飞系统,其初始状态源自着陆上升组合体着陆月面的场坪条件、着陆的姿态和方位等条件,月面起飞初始条件无法像运载火箭一样在地面发射前由地面人员完成测调和确认,而必须依靠自主定位定姿方法确定起飞的初始状态。面对倾斜发射的技术难题,需要明确起飞稳定性的各项因素及其耦合的影响,依靠精确的定姿能力完成空中对准以实现精确入轨。需要通过大量的地面仿真和试验对起飞上升发动机开展验证,但月面环境的特殊性,低重力、高真空等环境模拟使得地面验证较为困难。

关键四:月球轨道交会对接与样品转移自主要求高

与近地轨道交会对接不同,”嫦娥五号”月球轨道交会对接任务采用停靠抓捕式交会对接,且无卫星导航信号支持,对接和样品转移过程自主性要求高。需要在考虑探测器的测控、光照条件、姿轨控、电源、热控等各种约束条件下完成交会对接飞行方案设计;同时,月球交会对接过程中,地面测控支持能力受限,受到对接机构大小的限制,对接精度的要求较高。

关键五:月地入射精度要求高

月地入射的主要目的是通过月球轨道上的轨道机动,使轨返组合体进入月地转移轨道,由于月地关系的不断变化,月地入射窗口及入射点位置均受到严格约束,为理论上的零窗口;同时,月地入射的精度在一定程度上决定了返回器再入点精度,影响返回器的安全着陆,控制精度要求高。

关键六:地球大气高速再入返回速度高

嫦娥五号任务中,最终携带样品以接近第二宇宙速度返回地球的返回器对任务的成败至关重要。”嫦娥五号”探测器再入返回设计继承了飞行试验器的设计,任务的再入航程与飞行试验器基本一致。但装有月壤的样品容器重量有一定的不确定性,有可能影响返回器的质量特性,对返回器GNC控制的鲁棒性提出了较高的要求。围绕上述关键核心技术和诸多难点、风险点,航天科技集团五院在充分研究继承五院低轨道卫星、高轨道卫星、载人航天交会对接、地外天体无人着陆器与返回等现有航天器研制技术精华的基础上,联合参研单位集中最强阵容攻克难关,先后突破了月表采样任务所涉及到的20余项关键技术和总体设计优化技术、地面试验验证技术,实现了方案设计步步优化,减轻重量克克计较,多种手段摸清规律,数十项试验验证全方位考核性能,从而确保了”嫦娥五号”探测器方案设计合理,各项功能性能满足任务的要求,研制过程技术状态和质量受控。

链接:嫦娥五号探测器重要时间节点

回顾三千六百多个日夜,一个个重大的时间节点,一幕幕难忘的重要事件,历历在目。

2011年1月,国务院正式批复立项,嫦娥五号探测器启动研制工作;

2012年12月,完成探测器系统方案阶段研制总结评审,转入初样研制阶段;

2015年12月,完成探测器系统初样研制总结及正样设计评审,转入正样研制阶段。

2020年7月,探测器空运抵达发射场,此后开展了将近5个月的发射场工作。

2020年11月24日,万众瞩目的嫦娥五号探测器一飞冲天,发射取得圆满成功。

让我们期待嫦娥五号探测器继续后续精彩旅程,期待荣耀归来的那一刻!

责任编辑:张玉


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