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月軌交會(huì)對(duì)接背后:對(duì)接測(cè)試661次、樣品轉(zhuǎn)移測(cè)試518次
最后更新: 2020-12-06 08:18:26舉世關(guān)注的“月軌相擁”成功上演。
12月6日5時(shí)42分,嫦娥五號(hào)上升器成功與軌道器和返回器組合體交會(huì)對(duì)接,并于6時(shí)12分將月球土壤樣品容器安全轉(zhuǎn)移至返回器中,完成了“回家”前的“月球土特產(chǎn)快遞攬件”任務(wù)。
這是我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)月球軌道交會(huì)對(duì)接。
嫦娥五號(hào)探測(cè)器 本文圖片均由中國(guó)航天科技集團(tuán)提供
作為探月三期的收官之戰(zhàn),嫦娥五號(hào)將刷新人類(lèi)無(wú)人月球采樣返回任務(wù)新紀(jì)錄。而軌道器作為貫穿任務(wù)全過(guò)程的核心產(chǎn)品,是名副其實(shí)的“太空郵差”——它在相距38萬(wàn)公里的地球和月球之間,構(gòu)建起一條太空“物流”的特殊通道,既承擔(dān)地月往返運(yùn)輸?shù)娜蝿?wù),將乘客安全地送往目的地,同時(shí)又在太空中穩(wěn)妥地完成貨品的“接收”“裝箱”,將珍貴的月壤樣品投送回藍(lán)色地球。
突破了多項(xiàng)連接分離關(guān)鍵技術(shù)
“在整個(gè)任務(wù)過(guò)程中,軌道器在軌共有5次分離、6種組合體狀態(tài),承擔(dān)地月往返運(yùn)輸、器間分離、交會(huì)對(duì)接與樣品轉(zhuǎn)移等關(guān)鍵任務(wù),是目前最復(fù)雜的空間飛行器之一。”中國(guó)航天科技集團(tuán)八院嫦娥五號(hào)探測(cè)器副總設(shè)計(jì)師查學(xué)雷介紹,針對(duì)整個(gè)任務(wù)飛行狀態(tài)多、器間接口多、工作模式多、技術(shù)攻關(guān)難、地面驗(yàn)證難以及運(yùn)載與發(fā)射場(chǎng)新的“三多、兩難、一新”特點(diǎn),上海研制團(tuán)隊(duì)突破了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
嫦娥五號(hào)軌道器和上升器月球軌道交會(huì)對(duì)接示意圖
鑒于嫦娥五號(hào)探測(cè)器由4個(gè)部分組合而成,多器分工合作的狀態(tài)造就了探測(cè)器在太空中不斷分離-組合-再分離-再組合的變形過(guò)程,這在我國(guó)航天器中絕無(wú)僅有。僅軌道器就擁有5個(gè)分離面,既要保證組合狀態(tài)下器與器連得穩(wěn)固,同時(shí)又要確保分離過(guò)程的安全可靠,這是探測(cè)器研制的難點(diǎn)之一。
據(jù)八院專(zhuān)家介紹,軌道器摒棄了傳統(tǒng)的艙段間包帶連接方式,創(chuàng)新采用多點(diǎn)高強(qiáng)度分離螺母進(jìn)行連接,通過(guò)在各分離面配置不同數(shù)量的分離螺母,以滿(mǎn)足艙段間連接強(qiáng)度與剛度要求。同時(shí)雙作動(dòng)分離螺母包含兩套解鎖機(jī)構(gòu),其中任意一套動(dòng)作,就能確保分離面每一個(gè)分離點(diǎn)的可靠分離。連接穩(wěn)固、分離可靠的連接解鎖與分離關(guān)鍵技術(shù),是保證“月軌相擁”成功的關(guān)鍵,也成就了嫦娥五號(hào)的從容飛天之旅。
嫦娥五號(hào)在38萬(wàn)公里外實(shí)施世界首次月球軌道自動(dòng)無(wú)人交會(huì)對(duì)接與樣品轉(zhuǎn)移示意圖
38萬(wàn)公里太空實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)對(duì)接精度
在38萬(wàn)公里外實(shí)施世界首次月球軌道自動(dòng)無(wú)人交會(huì)對(duì)接與樣品轉(zhuǎn)移,對(duì)接機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)位置精度和對(duì)中性是影響樣品容器轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵,對(duì)接精度要求達(dá)到毫米級(jí)。
為了解決這一難題,中國(guó)航天科技集團(tuán)八院研制團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地研制出了抱爪式對(duì)接機(jī)構(gòu),配合采用棘爪式轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu),在自動(dòng)無(wú)人交會(huì)對(duì)接的同時(shí),實(shí)現(xiàn)樣品容器的自動(dòng)轉(zhuǎn)移,這一技術(shù)是世界首創(chuàng),成就了嫦娥飛天采樣返回中極為重要的一環(huán)。
嫦娥五號(hào)探測(cè)器在軌工作效果圖
“所謂的抱爪,其實(shí)形象地說(shuō),就像我們手握棍子的動(dòng)作,兩個(gè)方向一用力,就可以把棍子牢牢地握在手中?!辨隙鹞逄?hào)軌道器技術(shù)副總負(fù)責(zé)人胡震宇透露,探測(cè)器采用的對(duì)接機(jī)構(gòu)就是由3套K形抱爪構(gòu)成的,當(dāng)上升器靠近時(shí),軌道器只要對(duì)準(zhǔn)上升器連接面上的3根連桿,將抱爪收緊,就可以實(shí)現(xiàn)兩器的緊密連接和“擁抱”。
而軌道器和上升器交會(huì)對(duì)接完成后,還要同時(shí)進(jìn)行一個(gè)重要?jiǎng)幼?,就是將上升器上裝有月壤的樣品容器轉(zhuǎn)移到返回器中。至此,上升器才算完成自己的神圣使命。
“連桿棘爪式轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu),采用了一個(gè)非常巧妙的設(shè)計(jì)?!焙鹩罱榻B,“我們利用2套倒三角形構(gòu)型的棘爪,通過(guò)4次伸縮,使得裝有月壤的容器逐漸移動(dòng)到返回器中。這個(gè)構(gòu)形很像我們經(jīng)常使用的扎帶,相連后就只能單方向傳遞,只能前進(jìn)不能后退。這樣做也確保了太空貨品交接時(shí)不會(huì)‘掉棒’?!?
月面上的著陸器與上升器組合體
交會(huì)對(duì)接全步驟在21秒內(nèi)完成
捕獲、收攏、轉(zhuǎn)移,看似簡(jiǎn)單的過(guò)程,但在38萬(wàn)公里之外高速運(yùn)行的飛行器上實(shí)現(xiàn),卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有那么簡(jiǎn)單。
“月球軌道相對(duì)于地球軌道有時(shí)延,時(shí)間走廊較小,這就對(duì)時(shí)效性要求非常高,必須一氣呵成完成對(duì)接與轉(zhuǎn)移任務(wù)?!睂?duì)接機(jī)構(gòu)與樣品轉(zhuǎn)移分系統(tǒng)技術(shù)負(fù)責(zé)人劉仲解釋?zhuān)皩?duì)接全步驟要在21秒內(nèi)完成,即1秒捕獲、10秒校正、10秒鎖緊。為此我們做了35項(xiàng)故障預(yù)案,從啟動(dòng)開(kāi)始到交會(huì)對(duì)接,全部采用自動(dòng)控制。”
作為工程研制單位,八院805所從2011年就開(kāi)始開(kāi)展相關(guān)技術(shù)的攻關(guān)和工程研制,以突破輕小型弱撞擊式對(duì)接、復(fù)雜接口自動(dòng)樣品轉(zhuǎn)移、對(duì)接與轉(zhuǎn)移一體化等關(guān)鍵技術(shù)。
攜帶月壤容器的上升器打開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)離開(kāi)月球升空,前往月球軌道履行貨品交接的神圣使命
在此基礎(chǔ)上,研制團(tuán)隊(duì)還構(gòu)建了整機(jī)特性測(cè)試臺(tái)、性能測(cè)試臺(tái)、綜合測(cè)試臺(tái)、熱真空試驗(yàn)臺(tái)四大世界一流的地面測(cè)試系統(tǒng),先后進(jìn)行了661次對(duì)接測(cè)試、518次樣品轉(zhuǎn)移測(cè)試,充分驗(yàn)證對(duì)接與樣品轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)地面試驗(yàn)的有效性。
嫦娥五號(hào)對(duì)接與樣品轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)的研制成功,為探月三期任務(wù)的實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ),同時(shí)填補(bǔ)了我國(guó)在輕小型對(duì)接機(jī)構(gòu)工程化研究領(lǐng)域的空白,將為后續(xù)深空探測(cè)等任務(wù)提供有力支撐。
標(biāo)簽 嫦娥五號(hào)- 原標(biāo)題:月軌交會(huì)對(duì)接背后:對(duì)接測(cè)試661次、樣品轉(zhuǎn)移測(cè)試518次
- 責(zé)任編輯: 連政 
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