◎ 逊 『王玓瑭』 范文超 陈葆娟 技日报记者 付毅飞

记者从国家航天局获悉,北京时间12月6日5时42分,嫦娥五号上升器乐成与轨道器和返回器组合体交会对接,并于6时12分将样品容器平安转移至返回器中。

这是我国首次实现月球轨道交会对接。

交会对接!样品转移! 嫦娥五[号是【怎样完成】这次“深情拥抱”的? 第1张

〖轨道器逐渐〗靠近上升器。(国家航天局供图)

从上升器进入环月航行轨道最先,通过远程导引和近程自主控制,轨道器和返回器组合体逐步靠近上升器,以抱爪的方式捕捉上升器,完成交会对接。

后续,嫦娥五号轨道器和返回器组合体将与上升器星散,择机返回地球。

交会对接!样品转移! 嫦娥五[号是【怎样完成】这次“深情拥抱”的? 第2张

轨道器与上升器完成交会对接。(国家航天局供图)

‘那么这次’38万公里外的深情拥抱是怎样完成的?

对接机构设计理念天下首创

嫦娥五号接纳的对接方式,与我国载人航天义务交会对接有很大区别。

载人航天使用的对接机构学名叫异体同构周边式对接机构,在对接后可形成一个80{公分左右的通}道,利便航天员在其中穿行。而月球探测对探测器的质量和空间有严苛限制。嫦娥五号对接机构必须 小而精[,【重】量要减小到周边式对接机构的15分之一,同时还要具备样品容器捕捉、自动转移功效。

据中国航天科技团体八院嫦娥五号探测器副总指挥张玉花先容,研制团队在嫦娥五号上接纳了抱爪式对接机构,通过增添连杆棘爪式转移机构,实现了对接与自动转移功效的一体化。这些设计理念是天下首创。

嫦娥五号轨道器手艺副『总负』责人胡震宇先容,这套对接机构由3套K形抱爪组成。“所谓抱爪,就像我们手握棍子的动作,两个偏向一用力,就可以把棍子牢牢地握在手中。”他说,当上升器靠近时,只要瞄准“毗邻”面上的3根连杆,将抱爪收紧,就可以实现两器的紧密“毗邻”。

捕捉、收拢、转移,历程看似简朴,要在38万公里之外高速运行的航行器上实现,却并不那么容易。

“月球轨道相对于地球轨道有时延,时间走廊较小,这就对时效性要求异常高,必须一气呵成完成对接与转移义务。”【对接机构与】样品转移分“系统”手艺负责人刘仲说,对接全步骤要在21秒内完成,1(秒捕捉)、10秒校正、10秒锁紧。为此研制团队做了35项故障预案,从启动最先到交会对接,所有接纳自动控制。

交会对接模拟动画。(泉源:中国航天科工团体)

他们还构建了整机特征测试台、性能测试台、综合测试台、热真空试验台四大测试“系统”,先后举行了661次对接测试、518“次样品转移测”试。刘仲说,科研人员甚至故意在试验中加入小故障,让对接机构自动判别,举行故障清扫,以确保自动对接与样品转移历程万无一失。

从百公里外牵线搭桥

实现完善对接之前,先要让轨道器和上升器靠近对方。中国航天科工团体二院25所研制的嫦娥五号交会对接微波雷达,作为中远距离丈量的唯一手段,(为)此次交会对接“牵线搭桥”。

记者从25所领会到,该雷达是一组成对产物,由雷达主机和应答机组成,划分安装在嫦娥五号轨道器和上升器上。当两器相距约100公里时,该雷达最先事情,不停为导航控制分“系统”提供两器之间的相对运动参数,并举行双向通信。(两)器凭据雷达提供信号调整航行姿态,直至对接机构捕捉、锁定。

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据交会对接微波雷达总工程师孙武先容,在我国载人航天工程义务中,航天器在近地轨道举行过多次交会对接,都应用了25所微波雷达。差别的是,这次交会对接是在38{万}公里之外的月球轨道,难度更大。与近地轨道相比,月球轨道没有卫星导航等服务资源,微波通信是中远距离丈量的唯一手段。同时月轨环境更庞大,要战胜月球引力影响,因此自动交会对接对微波雷达提出的要求极为苛刻。

为此,25所攻克了大宽角度丈量〖等关键〗手艺。

此次交会对接是体量相差伟大的“大追小”庞大受力历程,接纳了抱爪式的弱撞击对接机构,这要求微波雷达的测角精度更高。“我们接纳了创新的误差抵偿算法,将微波雷达的测角精度从0.15°提高到了0.1°。” 微波雷达项目主任设计师贺中琴先容说,精度的提高,使对接双方在距离20米时,上升器对接机构抱爪的锁定圆面,从之前的半径5厘米缩小到半径3厘米。这2厘米之差,大幅提升了精准对接的胜算。

交会对接!样品转移! 嫦娥五[号是【怎样完成】这次“深情拥抱”的? 第3张

另外,《上升器在落月时难免形》成扬尘,有可能对对接用应答机造成滋扰,降低测角精度。为此,设计师在应答机上安装了用特殊质料制作的防尘罩,犹如给千里眼戴上了护目镜,规避了这一隐患。

样品转移拒绝“卡壳”

轨道器和上升器对接完成后,还要将上升器上装有月壤的样品容器转移到返回器上。

胡震宇先容,该步骤所用连杆棘爪式转移机构,接纳了异常巧妙的设计。其行使2套倒三角形构型的棘爪,通过4次伸缩,使得容器逐渐移动到返回器。

为了实现样品顺遂转移,航天科技团体八院149厂对接与样品转移机构总装团队付出了艰辛劳动。

据149厂副总经理陆海滨先容,对接机构中对接环的运动位置精度和对中性,是影响月球样品转移成败的关键因素之一。对接样品转移机构是一种弱刚性结构,体积小、结构庞大,但功效一样不少,这对在装配中的丈量数目、精度等要求更高。

在转移历程中,【对接机构与】样品转移分“系统”形成了一个封闭式的微型隧道,受到了产物特征的6个自由度限位限制。研制时代,团队主操作手吴骏和顾京海发现,“系统”的运作在理论和实践中存在误差。由于6{个自由度}的限制,(让本来就属于弱刚)性的结构很容易因外界压力而发生细微形变,从而无法知足5微米的横向精度要求。

“限制产物的6个自由度,本是为了确保样品在转‘移历程中的结构约束’。然而在试验中,反而泛起了‘卡壳’征象。”‘吴骏说’。

交会对接!样品转移! 嫦娥五[号是【怎样完成】这次“深情拥抱”的? 第4张

他们对传送的运动轨迹和路径举行了仔细分析,提出了将限位削减到左右和旋转2个自由度的方案。于是,他们将原本是圆孔的限位装置改为“{方孔}+扁平轴”,经由不停修改完善,最终使得转移机构运作历程中能够不走偏并流畅地完成每一个指令和动作,各个位置的精度误差均不跨越5微米。

完善纪录“拥抱”全历程

“这次发生在”38万公里外的交会对接历程,被航天科技团体八院控制所研制的红外及可见光双谱段监视相机纪录了下来,完善出现给千千万万关注着“嫦娥”的人们。

与以往义务中使用的监视相机差别,‘嫦娥五号搭载的’双谱段监视相机集红外和可见光成像于一体,红外和可见光传感器经各自光学镜头获取图像数据,《凭据遥控指》令要求在6‘种拍摄模式中自由切换’,实现红外和可见光划分或同时成像。

{控制所光学导航专家}郑循江先容,该相机相当于给通俗相机加上了夜视仪,纵然交会对接历程发生在月背,接受不到太阳光照,也可以通过红外相机纪录下来。《在有光照的情形下》,若是光照太强,可见光相机拍摄的照片可能泛起过曝的情形。‘而这款双谱段相机可以’确保全天时、全光照条件下纪录交会对接历程。

为了给观众出现高清画质,该相机可见光谱段分辨率到达2048×2048;红外谱段选用非制冷长红外波段,分辨率为640×480。但要在此基础上实现红外和可见光同时成像,数据量伟大,『研制』初期产物始终无法到达义务要求的帧频。项目团队通过优化DSP软件架构和算法,提升了软件运行效率。

知足清晰度和帧频要求后,数据传输又成了大问题。犹如一条单行道要承载双倍的车流,拥堵在所难免。‘该产物主管设计师王峰’示意,<要制止这种情形>,就要从图像、视频压缩手艺上下功夫。

项目团队经由多种实验,最终选择了先插值再压缩的方式,对差别事情模式接纳差别的压缩算法,{行}使帧间相关性,提高图像质量,最后将压缩后的数据下传至地面解压恢复。

海量数据的处置,让元器件选用也颇费周章。宇航级器件可靠性高,但运行速率相对较低,无法知足义务需求。项目团队经综合考量,选用了工业级高性能8核处置器来提升数据处置速率,同时制订《低品级元器件质保方案》,开展了抗总剂量辐照、热环境、力学环境、静电放电等专项试验,以确保产物的可靠性。

泉源:科技日报

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  1. 币游
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