嫦娥五號翩然落月，體現(xiàn)著大智慧
嫦娥五號探測器的著陸和上升組合經(jīng)歷了主動減速、快速調(diào)整、接近、懸停避障、緩降和自由落體階段，成功完成了月球表面預(yù)定區(qū)域的軟著陸。
這次輕盈穩(wěn)重的墜落，蘊含著無數(shù)航天員的智慧和心血。
對嫦娥五號來說，登月的機會只有一次，一定是成功的。
與嫦娥三號、嫦娥四號相比，嫦娥五號對著陸場的位置精度和平順性有著前所未有的要求。由于升空將在采樣完成后在月球表面起飛，因此選擇嫦娥五號著陸點的過程也是為后續(xù)升空選擇“發(fā)射場”的過程。著陸區(qū)不得有過高的凸起和過深的坑，坡度應(yīng)符合任務(wù)要求。
簡而言之，它就像一個從600公里外開始、15分鐘內(nèi)完成的自主“跳傘”。
為了實現(xiàn)“正確選址、精確著陸”，嫦娥五號采用了“粗精中繼避障”模式，并在嫦娥三號和嫦娥四號上成功應(yīng)用。在中國航天科技集團第五研究院502所研制的GNC系統(tǒng)的指揮下，著陸升空組合首先采用大推力反向制動減速，然后快速調(diào)整姿態(tài)，拍照識別預(yù)定著陸區(qū)域的地形，避開大障礙物，實現(xiàn)“粗避障”。然后傾斜降落到選定的著陸點，然后飛到著陸點，然后關(guān)閉發(fā)動機，降落在月球上。
GNC系統(tǒng)的決策離不開各種數(shù)據(jù)的支持。中科院西安分院研制的微波測距測速傳感器，作為一雙明亮的眼睛，感知嫦娥五號的路徑，將信息傳遞給決策“大腦”。
據(jù)西安分公司微波測距測速傳感器總設(shè)計師張愛軍介紹，該雷達將在著陸和上升組合體距離月球表面約15公里時啟動，在距離月球表面6公里時正式開始工作。
張愛軍說：“雷達可以探測到著陸器與月球表面之間的距離，以及著陸器的下降速度，并向登月器的制導、導航和控制系統(tǒng)提供速度和距離信息，以便著陸器確定著陸點和速度。”。
登月引擎有獨特的技術(shù)。發(fā)動機為嫦娥五號安全著陸提供動力保障。然而，用普通航空航天發(fā)動機完成月球表面的安全軟著陸任務(wù)是不可能的。
記者從航天科技集團第六研究所了解到，月球處于真空狀態(tài)，沒有大氣，這意味著不能利用空氣摩擦來實現(xiàn)減速。為了完成探測器的著陸階段，如動力下降和懸停，要求發(fā)動機具有推力深度調(diào)節(jié)能力。
2006年，第六研究院正式啟動7500N變推力發(fā)動機關(guān)鍵技術(shù)研究。“經(jīng)過長時間的探索和優(yōu)化，發(fā)動機的關(guān)鍵技術(shù)和穩(wěn)定性已經(jīng)突破了”三大關(guān)鍵技術(shù)的研究。發(fā)動機的技術(shù)指標基本上滿足了探測器的要求，為后續(xù)的開發(fā)任務(wù)奠定了堅實的基礎(chǔ)。
在 7500 牛可變推力發(fā)動機的支持下，嫦娥三號探測器于 2013 年 12 月在中國完成了第一次外星物體的軟著陸，嫦娥四號探測器于 2019 年 1 月實現(xiàn)了月球背面的第一次軟著陸。這一次，它護送嫦娥 5 號著陸，并在月球上順利著陸。
制動器導體 " 負有很大的責任。
嫦娥五號登月最后階段的發(fā)動機關(guān)機需要準確的指示。中國航天科技集團研制的伽馬關(guān)機傳感器是著陸月球過程中的 "制動指導員"，肩負著很大的責任。
登月過程開始后，嫦娥五號底部的伽馬關(guān)機傳感器實時測量探測器與月球表面的距離。嫦娥五號著陸離月球不到 5 米時，設(shè)備發(fā)出關(guān)閉指示，關(guān)閉軌道和姿態(tài)控制發(fā)動機。此時，決定了登月任務(wù)的成敗。隨著發(fā)動機反向推力的撤離，嫦娥 5 號能夠降落在月球上。
據(jù)報道，伽馬射線由于受到外界環(huán)境的低干擾和高精度，在載人航天和月球探測任務(wù)中得到了較高的精度和可靠性，在此之前，航天科技研制的伽馬高度控制裝置已成功地應(yīng)用于神舟飛船護送航天員安全返航的任務(wù)中。
嫦娥五號的 "腿" 不是一般的。
沒有發(fā)動機的后退，嫦娥五號以自由落體的形式降落。雖然月球引力小，著陸高度不高，但當月球表面撞擊時，仍然會形成一定的撞擊載荷。
這要求著陸緩沖系統(tǒng)在著陸時吸收撞擊載荷，同時確保探測器不會翻倒或墜落。
著陸緩沖機制一般是嫦娥五號的 "腿"，這是登月環(huán)節(jié)的技術(shù)問題之一，嫦娥五號的四條 "腿" 是不尋常的，它們整合了緩沖和支持功能，繼承了嫦娥三號和四號的完美基因，是由五所院校的機構(gòu)子系統(tǒng)團隊精心設(shè)計的。
記者了解到，該組織采用了完全自主知識產(chǎn)權(quán)的 "部分封閉、自我收緊" 的方案，確保了封鎖的簡單可靠，能夠解決著陸緩沖、著陸穩(wěn)定等諸多問題。
與嫦娥三號的著陸緩沖設(shè)計方案相比，嫦娥五號任務(wù)的著陸緩沖能力提高了 30%，但由于嫦娥三號任務(wù)難度的增加，該機構(gòu)的重量指數(shù)下降了 5%，五院總體設(shè)計部門的開發(fā)團隊最終解決了這一問題。
一個你不知道的聰明的設(shè)計
嫦娥五號登月過程中，也有一些鮮為人知的精美設(shè)計。
在表面上，著陸器 "持有" 吊起器降落在月球上。事實上，著陸器上的 GNC 系統(tǒng)是在中央控制計算機和著陸器上的恒星傳感器的幫助下工作的。
中央控制計算機是提升管用來在月球表面起飛的 "最強的大腦"，而恒星傳感器則允許提升管通過 "看著星星" 來確定它的姿態(tài)。
這種合作 "是設(shè)計師們結(jié)合" 提升機伴隨著陸器在整個過程中 " 提出的一個絕妙的技巧，這不僅節(jié)省了成本，而且減輕了重量。
此外，當著陸器接近月球表面時，由發(fā)動機引起的月球塵埃很容易使星敏感器變得 "眩目"，從而影響隨后上升管的起飛。研究小組設(shè)計了一個蓋子蓋住月球末端的星敏感器的鏡頭，他們稱其為 "天黑時閉上眼睛"。等月亮后月亮塵埃消散，然后讓星敏感器 "睜開眼睛"。
一座月月溝通的橋梁
380000 公里外經(jīng)歷生死考驗的嫦娥 5 號，一舉一動都讓中國人憂心忡忡。幸運的是，通過各種天線和數(shù)據(jù)傳輸手段，地面可以與嫦娥五號保持聯(lián)系，掌握動態(tài)，并向其發(fā)出指示。
起重機上裝有西安分公司研制的測控天線，如嫦娥五號攜帶的手機，主要依靠嫦娥五號與地面的測控通信，著陸器拍攝的登月照片由研究所研制的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)實時傳輸，為地面決策提供依據(jù)。
與地面移動電話相比，地球與月球之間的通信距離為數(shù)萬倍，數(shù)據(jù)傳輸需要使用一種特殊的地對地定向天線。五院總體設(shè)計部門設(shè)計的定向天線采用雙軸驅(qū)動機構(gòu)，與人的肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)相似，可使反射面天線散熱器靈活旋轉(zhuǎn)，始終瞄準地面。為了滿足任務(wù)要求，反射器天線的設(shè)計達到了極致，反射面天線的重量比同類天線低 40% 以上。
