嫦娥五號探測器在軌工作效果圖  本文圖片均由 中國航天科技集團(tuán)八院 供圖

11月24日4時30分，我國在中國文昌航天發(fā)射場用長征五號遙五運載火箭，成功將嫦娥五號探測器送入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。

嫦娥五號作為探月工程三期任務(wù)的收官之戰(zhàn)，將實現(xiàn)我國首次月球無人采樣返回。在本次任務(wù)的諸多看點之中，人類首次月球軌道無人自動交會對接、樣品轉(zhuǎn)移無疑是最大的亮點之一，而實現(xiàn)這個過程的核心，就是由中國航天科技集團(tuán)八院（上海航天技術(shù)研究院）研制的對接與樣品轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)。

上千次實驗，只為太空交接不差分毫

根據(jù)計劃，完成月壤樣品的采集任務(wù)后，嫦娥五號上升器將攜帶月壤從月面起飛，與等候在月球軌道的軌道器自主交會對接，并將攜帶的樣品容器轉(zhuǎn)移至返回器。

嫦娥五號探測器在軌工作效果圖  

八院專家表示，這一次的“交會對接”不同尋常。

嫦娥五號的對接機(jī)構(gòu)必須小而精，其重量是載人航天對接機(jī)構(gòu)的十五分之一，還要具備樣品容器捕獲、自動轉(zhuǎn)移功能，重量更輕、精度更高、過程更穩(wěn)。

中國航天科技集團(tuán)八院嫦娥五號探測器副總指揮張玉花介紹，軌道器上的對接機(jī)構(gòu)，由3套K形抱爪構(gòu)成。

上升器攜帶月壤從月面起飛后，逐漸靠近軌道器，此時，軌道器上的爪子只要對準(zhǔn)連接面上的3根連桿，將抱爪收緊，就可以實現(xiàn)兩器緊密對接。

與對接艙、上升器分離后，軌道器將攜帶返回器進(jìn)入月地轉(zhuǎn)移軌道；在距離地球5000公里處與返回器分離，將返回器投送回地球。

“我們構(gòu)建了整機(jī)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(tǒng)，先后進(jìn)行了661次對接測試、518次樣品轉(zhuǎn)移測試，通過不斷地測試、優(yōu)化，確保自動對接與樣品轉(zhuǎn)移過程的萬無一失?！睂訖C(jī)構(gòu)與樣品轉(zhuǎn)移分系統(tǒng)技術(shù)負(fù)責(zé)人劉仲介紹，“我們甚至在試驗中故意加入小故障，讓對接機(jī)構(gòu)自動判別，進(jìn)行故障排除，確保整個過程一氣呵成、穩(wěn)妥可靠?！?/p>

減重3.6Kg：每克重量比黃金還貴

月球探測距離達(dá)40萬km，火箭承載能力有限，要攜帶月壤采集樣本返回，飛行器“重量“非常關(guān)鍵——減少1g所付出的代價，遠(yuǎn)比1g黃金還貴。

減重從工程圖像與測量分系統(tǒng)上著手。

工程圖像與測量分系統(tǒng)主任設(shè)計師吳紅松介紹，這一系統(tǒng)肩負(fù)著探測器太陽翼天線展開、各次分離對接、月球采樣樣品容器轉(zhuǎn)移等過程的監(jiān)視任務(wù)，理論上至少需要13臺攝像機(jī)。而按傳統(tǒng)的設(shè)計，鏡頭、電路板等組合而成的一臺攝像機(jī)，最輕的也要0.5Kg左右。

面對“不可能實現(xiàn)“的減重要求，系統(tǒng)采用了創(chuàng)新設(shè)計。

在空間維度，研制團(tuán)隊引入三維動畫模擬仿真技術(shù)，通過“安裝位置和視場角度”兩個參數(shù)的多輪仿真迭代，最終確定了每個攝像機(jī)最小視場角和最優(yōu)安裝布局，保證單個攝像機(jī)至少可兼顧二個手型抱爪機(jī)構(gòu)，且保證其中一個攝像機(jī)清晰監(jiān)視月球樣品容器轉(zhuǎn)移全過程。

“別小看這一個位置的確認(rèn)，設(shè)備安裝在梯形對接艙上，面對布局受限且安裝面存在高度差的困難，團(tuán)隊付出了一年的心血?！被貞浧鹉嵌螉^斗的日子副主任設(shè)計師葉盛還是感慨萬千。

最終，分系統(tǒng)配套的攝像機(jī)由13臺降至4臺，總質(zhì)量從原來的6.5Kg減重到2.9Kg。

為嫦娥奔月打造強(qiáng)勁電源，他們做到了

嫦娥能夠赴月宮“探親”，強(qiáng)勁的電源是她能在廣袤太空中的重要支撐。

電源系統(tǒng)由電源控制器、鋰離子蓄電池組及太陽電池陣組成。在嫦娥五號任務(wù)中，中國航天科技集團(tuán)八院811所承擔(dān)了軌道器、著陸器及上升器電源產(chǎn)品的研制任務(wù)，他們卯足了馬力。

嫦娥五號電源產(chǎn)品技術(shù)負(fù)責(zé)人徐澤峰說，針對原先電路板集成密度不高的問題，團(tuán)隊經(jīng)過多次試驗，摒棄了當(dāng)時國內(nèi)衛(wèi)星型號普遍采用的直插式工藝，首次采用了大規(guī)模表貼式工藝，引領(lǐng)了該技術(shù)在后續(xù)其他型號應(yīng)用的新局面。

團(tuán)隊還實現(xiàn)了模塊電纜的高度集成，大幅度減少了體積和重量。

對比嫦娥三號產(chǎn)品，原先的正面直插式工藝被換成了雙面貼片，電路板集成密度大大提高；原先布滿了密密麻麻導(dǎo)線的電路板，現(xiàn)在整齊地分布著寥寥幾條清晰的線路；單機(jī)的模塊數(shù)量則從原先的5個壓縮為2個，體積達(dá)到了嫦娥三號控制器體積的1/3。這些技術(shù)，在后續(xù)實現(xiàn)了二十多個專利的授權(quán)。

經(jīng)過8個月的努力，他們還將鋰離子蓄電池的重量比能量提高至195Wh/kg。這個數(shù)值，為目前航天用鋰離子蓄電池比能量最高值。

“電源控制器比功率國內(nèi)最高、國際領(lǐng)先，鋰離子蓄電池航天應(yīng)用比能量最高，太陽電池陣面積比功率國內(nèi)最高”，這是他們交出的滿意答卷。