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嫦娥五号探测器成功着陆在月球预选着陆区

新京报 2020-12-02 10:53:19
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原标题:嫦娥五号昨晚落月 惊险14分钟背后有哪些“黑科技”?

(记者倪伟)12月1日23时11分,嫦娥五号探测器成功着陆在月球预选着陆区,并传回着陆影像图。

22时57分,嫦娥五号着陆器和上升器组合体从距离月面约15公里处开始动力下降,7500牛变推力发动机开机,逐步将探测器相对月球速度从约1.7公里/秒降为零。其间,探测器进行快速姿态调整,逐渐接近月表。

此后,探测器进行障碍自动检测,选定着陆点后,开始避障下降和缓速垂直下降,平稳着陆于月球正面风暴洋的吕姆克山脉以北地区,位于月球正面西经51.8度、北纬43.1度附近。着陆过程中,着陆器配置的降落相机拍摄了着陆区域影像图。

成功着陆后,着陆器在地面控制下,进行了太阳翼和定向天线展开等状态检查与设置工作,将正式开始持续约2天的月面工作,采集月球样品。

嫦娥五号探测器成功着陆在月球预选着陆区

嫦娥五号动力下降过程中降落相机拍摄的图像。供图/国家航天局

悬停避障自主选好落月点

嫦娥五号落月和近月制动一样,都只有一次机会。由于采样后上升器还需从月面起飞,落月的过程也是为月面起飞选择“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要求更高,着陆区域内不能有太高的凸起,或者太深的凹坑,坡度也要符合任务要求。落月的过程就是边飞行边找寻落点,这一过程要在15分钟内完成。

为了实现“选址正确、落得准确”,嫦娥五号采用了航天科技集团五院502所研发的“粗精接力避障”方式,这一方式已在嫦娥三号和四号上应用。

分解动作来看,在制导、导航与控制(GNC)系统的指挥下,着陆器和上升器组合体先是大推力反向制动快速减速,快速调整姿态,对预定落区地形进行拍照识别,避开大的障碍,实现“粗避障”。接着,组合体在距离月面100米高度悬停,再次进行精确拍照,实现“精避障”。之后,再斜向下飘向选定的着陆点,移动到着陆点正上方之后竖直下降,到距离月面较近时关闭发动机,然后利用着陆腿的缓冲实现软着陆。

嫦娥五号探测器成功着陆在月球预选着陆区

嫦娥五号软着陆后降落相机拍摄的图像。供图/国家航天局

四条“腿”落得稳、站得正

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系统,保证探测器不翻倒、不陷落。这是落月的技术难题之一。

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”,由嫦娥五号机构分系统团队研制,也来自于嫦娥三号、嫦娥四号的经验。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。

与嫦娥三号的着陆缓冲设计方案相比,由于任务难度增加,嫦娥五号着陆缓冲能力要求提高了30%,但重量却减少了5%。

上升器的“大脑”和“眼睛”协助降落

表面上看,嫦娥五号落月过程,就是着陆器“背着”上升器着陆。但实际上,落月过程中上升器也没闲着。

着陆器借助了上升器的“大脑”和“眼睛”,分别是上升器中央控制计算机和星敏感器。前者也是上升器月面起飞时要用的“大脑”,后者可以通过“看星星”确定自己的姿态。

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,既节约了成本又减轻了重量。将着陆所需的载荷,分散给着陆器和上升器,同时实现一套设备多个功能。

距离月面较近时,主发动机激起的月尘会污染星敏感器,从而影响上升器月面起飞。所以设计人员专门设计了一个盖子,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,再打开盖子。

嫦娥五号探测器成功着陆在月球预选着陆区

嫦娥五号着陆器和上升器组合体成功软着陆示意图。供图/国家航天局

灵活转动的“锅”保证不失联

38万公里外的嫦娥五号正经历什么样的考验?着陆上升组合体上一口小小的“锅”,时时传送着所有的遥测数据。这个“小锅”就是定向天线——将数据传输到地面的发射转换装置。

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。航天科技集团五院总体设计部设计的定向天线,拥有双轴驱动机构。双轴驱动机构就像人的肩关节、肘关节,驱动天线转动,确保“小锅”始终对准地面。

新京报记者倪伟

责任编辑:卢书敏 CN069
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