嫦娥五號(hào)何以穩(wěn)穩(wěn)落月（科技自立自強(qiáng)·逐夢(mèng)深空）
在經(jīng)歷了一周的地月轉(zhuǎn)移、近月制動(dòng)、環(huán)月飛行后，嫦娥五號(hào)探測(cè)器于12月1日23時(shí)11分降落在月面預(yù)選著陸區(qū)。與嫦娥三號(hào)、四號(hào)相比，嫦娥五號(hào)的落月過程有何不同？用到了哪些“神器”？
制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)
確保“選址正確，落得準(zhǔn)確”
嫦娥五號(hào)的落月過程經(jīng)歷了主動(dòng)減速、快速調(diào)整、接近、懸停避障、緩速下降和自由下落段，看似輕松的平穩(wěn)降落背后，蘊(yùn)藏著眾多科研人員的智慧和積淀。
嫦娥五號(hào)探測(cè)器抓總研制單位中國航天科技集團(tuán)五院有關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，嫦娥五號(hào)落月的過程也是為后續(xù)上升器月面起飛選擇“發(fā)射場(chǎng)”的過程。相較于嫦娥三號(hào)、四號(hào)，嫦娥五號(hào)對(duì)于著陸點(diǎn)的位置精度和平整度的要求是空前的，需要著陸區(qū)域內(nèi)既沒有太高的凸起，也沒有太深的凹坑，坡度要符合任務(wù)要求。可以說，落月的過程就是邊飛行邊找尋落點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)“選址正確，落得準(zhǔn)確”，專家介紹，嫦娥五號(hào)采用了中國航天科技集團(tuán)五院502所已在嫦娥三號(hào)和四號(hào)上應(yīng)用的“粗精接力避障”的方式，即在制導(dǎo)導(dǎo)航與控制（GNC）系統(tǒng)的指揮下，著陸器和上升器組合體先大推力反向制動(dòng)快速減速，然后快速調(diào)整姿態(tài)并對(duì)預(yù)定落區(qū)地形進(jìn)行拍照識(shí)別，避開大障礙，實(shí)現(xiàn)“粗避障”。之后，組合體在飛到距離月面100米時(shí)懸停，并再次對(duì)選定區(qū)域精確拍照，實(shí)現(xiàn)“精避障”，再斜向下飄向選定的著陸點(diǎn)，在移動(dòng)到著陸點(diǎn)正上方后開始豎直下降，到距離月面較近時(shí)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，利用著陸腿的緩沖實(shí)現(xiàn)軟著陸。
著陸緩沖機(jī)構(gòu)
保證探測(cè)器不翻倒、不陷落
落月的關(guān)鍵在于平穩(wěn)。嫦娥五號(hào)著陸上升組合體在落月時(shí)，撞擊月面會(huì)形成較大的沖擊載荷，必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的著陸緩沖機(jī)構(gòu)，保證探測(cè)器不翻倒、不陷落，這是落月的技術(shù)難題之一。
專家介紹，著陸緩沖機(jī)構(gòu)，通俗地說就是嫦娥五號(hào)的“腿”。
這4條緩沖、支撐一體化的“腿”可不一般。著陸緩沖機(jī)構(gòu)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“偏置收攏、自我壓緊”式方案，保證了收攏簡(jiǎn)單、展開可靠，解決了著陸緩沖、著陸穩(wěn)定性等多方面的問題。
與嫦娥三號(hào)的著陸緩沖設(shè)計(jì)方案相比，由于任務(wù)難度增加，嫦娥五號(hào)任務(wù)的著陸緩沖能力要求提高了30%，但機(jī)構(gòu)重量指標(biāo)卻減少了5%。研制團(tuán)隊(duì)反復(fù)研究，每次修改完設(shè)計(jì)后，一旦發(fā)現(xiàn)新的減重突破口，又毫不猶豫地推翻重來，最終成功滿足了設(shè)計(jì)指標(biāo)，確保了嫦娥五號(hào)穩(wěn)定可靠地完成與月球的親密擁抱。
搭載“外腦”“外眼”
既節(jié)約成本又減輕重量
在嫦娥五號(hào)的落月過程中，還有兩個(gè)精妙的設(shè)計(jì)。一是雖然表面上看是著陸器“背著”上升器軟著陸到了月面上，但實(shí)際上，整個(gè)落月過程中，著陸器都借助了“外腦”和“外眼”——分別是上升器月面起飛時(shí)要用的“最強(qiáng)大腦”中央控制計(jì)算機(jī)和通過“看星星”確定自己姿態(tài)的星敏感器，這是設(shè)計(jì)人員根據(jù)“上升器全程陪同著陸器”的實(shí)際想出的妙招，既節(jié)約成本又減輕重量。
二是由于距離月面較近時(shí)主發(fā)動(dòng)機(jī)激起的月塵會(huì)污染星敏感器，影響上升器月面起飛，科研人員專門設(shè)計(jì)了蓋子，在距離月面一定的高度時(shí)把星敏感器的鏡頭蓋起來，待落月之后月塵散去再通知星敏感器把蓋子打開，這一睜一閉之間，著陸器和上升器組合體已經(jīng)順利著陸在月亮之上了。
定向天線
實(shí)時(shí)傳送遙測(cè)數(shù)據(jù)
著陸過程中，38萬公里外的嫦娥五號(hào)正經(jīng)歷著什么樣的考驗(yàn)？所有的訊息，都要通過著陸上升組合體的一口“小鍋”實(shí)時(shí)傳送遙測(cè)數(shù)據(jù)。這個(gè)“小鍋”就是定向天線——把探測(cè)器上的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛娴陌l(fā)射轉(zhuǎn)換裝置。
專家介紹，從月球把數(shù)據(jù)發(fā)送回地球，通信的距離相比地面手機(jī)通信遠(yuǎn)了幾萬倍，需要采取特殊的對(duì)地定向天線發(fā)送數(shù)據(jù)。中國航天科技集團(tuán)五院總體設(shè)計(jì)部設(shè)計(jì)的定向天線包含了反射面天線輻射器和雙軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。雙軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)就像人的肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)，驅(qū)動(dòng)反射天線輻射器靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，確?！靶″仭笔冀K對(duì)準(zhǔn)地面。此外，這款反射面天線采用了極致輕量化設(shè)計(jì)，相比同類天線減重40%以上，可以說是既輕便又可靠。
本報(bào)記者 馮 華 余建斌 喻思南