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月軌交會對接背后:對接測試661次、樣品轉(zhuǎn)移測試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42分,嫦娥五號上升器成功與軌道器和返回器組合體交會對接,并于6時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)。
這是我國首次實現(xiàn)月球軌道交會對接。
嫦娥五號探測器 本文圖片均由中國航天科技集團提供
作為探月三期的收官之戰(zhàn),嫦娥五號將刷新人類無人月球采樣返回任務(wù)新紀錄。而軌道器作為貫穿任務(wù)全過程的核心產(chǎn)品,是名副其實的“太空郵差”——它在相距38萬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)地月往返運輸?shù)娜蝿?wù),將乘客安全地送往目的地,同時又在太空中穩(wěn)妥地完成貨品的“接收”“裝箱”,將珍貴的月壤樣品投送回藍色地球。
突破了多項連接分離關(guān)鍵技術(shù)
“在整個任務(wù)過程中,軌道器在軌共有5次分離、6種組合體狀態(tài),承擔(dān)地月往返運輸、器間分離、交會對接與樣品轉(zhuǎn)移等關(guān)鍵任務(wù),是目前最復(fù)雜的空間飛行器之一?!敝袊教炜萍技瘓F八院嫦娥五號探測器副總設(shè)計師查學(xué)雷介紹,針對整個任務(wù)飛行狀態(tài)多、器間接口多、工作模式多、技術(shù)攻關(guān)難、地面驗證難以及運載與發(fā)射場新的“三多、兩難、一新”特點,上海研制團隊突破了多項關(guān)鍵技術(shù)。
嫦娥五號軌道器和上升器月球軌道交會對接示意圖
鑒于嫦娥五號探測器由4個部分組合而成,多器分工合作的狀態(tài)造就了探測器在太空中不斷分離-組合-再分離-再組合的變形過程,這在我國航天器中絕無僅有。僅軌道器就擁有5個分離面,既要保證組合狀態(tài)下器與器連得穩(wěn)固,同時又要確保分離過程的安全可靠,這是探測器研制的難點之一。
據(jù)八院專家介紹,軌道器摒棄了傳統(tǒng)的艙段間包帶連接方式,創(chuàng)新采用多點高強度分離螺母進行連接,通過在各分離面配置不同數(shù)量的分離螺母,以滿足艙段間連接強度與剛度要求。同時雙作動分離螺母包含兩套解鎖機構(gòu),其中任意一套動作,就能確保分離面每一個分離點的可靠分離。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,也成就了嫦娥五號的從容飛天之旅。
嫦娥五號在38萬公里外實施世界首次月球軌道自動無人交會對接與樣品轉(zhuǎn)移示意圖
38萬公里太空實現(xiàn)毫米級對接精度
在38萬公里外實施世界首次月球軌道自動無人交會對接與樣品轉(zhuǎn)移,對接機構(gòu)中的運動位置精度和對中性是影響樣品容器轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵,對接精度要求達到毫米級。
為了解決這一難題,中國航天科技集團八院研制團隊創(chuàng)造性地研制出了抱爪式對接機構(gòu),配合采用棘爪式轉(zhuǎn)移機構(gòu),在自動無人交會對接的同時,實現(xiàn)樣品容器的自動轉(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)。
嫦娥五號探測器在軌工作效果圖
“所謂的抱爪,其實形象地說,就像我們手握棍子的動作,兩個方向一用力,就可以把棍子牢牢地握在手中?!辨隙鹞逄栜壍榔骷夹g(shù)副總負責(zé)人胡震宇透露,探測器采用的對接機構(gòu)就是由3套K形抱爪構(gòu)成的,當(dāng)上升器靠近時,軌道器只要對準上升器連接面上的3根連桿,將抱爪收緊,就可以實現(xiàn)兩器的緊密連接和“擁抱”。
而軌道器和上升器交會對接完成后,還要同時進行一個重要動作,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)移機構(gòu),采用了一個非常巧妙的設(shè)計?!焙鹩罱榻B,“我們利用2套倒三角形構(gòu)型的棘爪,通過4次伸縮,使得裝有月壤的容器逐漸移動到返回器中。這個構(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,只能前進不能后退。這樣做也確保了太空貨品交接時不會‘掉棒’。”
月面上的著陸器與上升器組合體
交會對接全步驟在21秒內(nèi)完成
捕獲、收攏、轉(zhuǎn)移,看似簡單的過程,但在38萬公里之外高速運行的飛行器上實現(xiàn),卻遠遠沒有那么簡單。
“月球軌道相對于地球軌道有時延,時間走廊較小,這就對時效性要求非常高,必須一氣呵成完成對接與轉(zhuǎn)移任務(wù)。”對接機構(gòu)與樣品轉(zhuǎn)移分系統(tǒng)技術(shù)負責(zé)人劉仲解釋,“對接全步驟要在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項故障預(yù)案,從啟動開始到交會對接,全部采用自動控制?!?
作為工程研制單位,八院805所從2011年就開始開展相關(guān)技術(shù)的攻關(guān)和工程研制,以突破輕小型弱撞擊式對接、復(fù)雜接口自動樣品轉(zhuǎn)移、對接與轉(zhuǎn)移一體化等關(guān)鍵技術(shù)。
攜帶月壤容器的上升器打開發(fā)動機離開月球升空,前往月球軌道履行貨品交接的神圣使命
在此基礎(chǔ)上,研制團隊還構(gòu)建了整機特性測試臺、性能測試臺、綜合測試臺、熱真空試驗臺四大世界一流的地面測試系統(tǒng),先后進行了661次對接測試、518次樣品轉(zhuǎn)移測試,充分驗證對接與樣品轉(zhuǎn)移機構(gòu)地面試驗的有效性。
嫦娥五號對接與樣品轉(zhuǎn)移機構(gòu)的研制成功,為探月三期任務(wù)的實施奠定了堅實技術(shù)基礎(chǔ),同時填補了我國在輕小型對接機構(gòu)工程化研究領(lǐng)域的空白,將為后續(xù)深空探測等任務(wù)提供有力支撐。
標簽 嫦娥五號- 原標題:月軌交會對接背后:對接測試661次、樣品轉(zhuǎn)移測試518次
- 責(zé)任編輯: 連政 
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