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我国首次实现月球轨道交会对接 38万公里之外的亲密“牵手”

admin2021-02-12200

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  12月6日破晓,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,也是人类首次在月球轨道举行无人交会对接。按计划,嫦娥五号将于12月中下旬返回地球。

  肩负从月球取样返回使命的嫦娥五号探测器,再次顺遂迈过主要关口。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,也是人类首次在月球轨道举行无人交会对接。

  月轨交会对接有多灾

  像众多太空中的“穿针引线”

  据国家航天局探月与航天工程中央副主任、嫦娥五号义务新闻发言人裴照宇先容,嫦娥五号上升器从月球外面乐成腾飞后,进入交会对接初始轨道,随之在地面测控系统远程导引下,到达轨返组合体的前方、上方预定位置。随后,轨返组合体自主实行近程导引,靠拢上升器,用抱爪方式与上升器完成月球轨道交会对接,并最终完成在轨样品转移。

  两个航天器在空间的交会对接,好比是众多太空中的“穿针引线”。我国航天器的近地轨道交会对接由“神舟”和“天宫”举行过多次,但在月球轨道上照样第一次。

  专家指出,此次交会对接在距离地球38万公里之外的月球轨道,必须在划定时间内完成,若时间太长,则星上能源、热控将无法支持。加上月球轨道每圈有1/3的时间位于月球后头,没有测控信号,以及月球上空没有卫星导航星座为航行器导航,要正确展望两个航天器在月球轨道上航行的位置和速率,到达交会对接所需的精度,对地面测控系统和导航控制手艺都提出了很高要求。若是一次不乐成,重新举行交会对接需要2到3天来组织,有很大风险错过月地转移的返程窗口。

  进入交会对接历程的近程自主控制阶段,地面职员只能“观棋不语”。由于月球轨道的交会对接精度要求是厘米级,地月之间的距离过于遥远,因此这一阶段的交会和对接历程将由航天器上的制导导航与控制系统智能自主完成,手艺难度很大。

  在近程自主控制段,制导导航与控制系统实时调整轨道和姿态,在微波雷达、激光雷达和交会对接相机的接力保障下,轨返组合体一步步追上上升器,直到可以“牵手”的距离,之后双方保持相同速率航行。

  “与近地轨道相比,月轨环境更庞大,以是自动交会对接对微波雷达提出的要求极为苛刻。”中国航天科工二院25所交会对接微波雷达总工程师孙武先容,我国航天器在近地轨道举行过多次交会对接,都乐成应用了微波雷达。这次为了指导首次月球轨道无人交会对接,又专门研制了嫦娥五号交会对接微波雷达。

  当轨返组合体、上升器相距约100公里时,微波雷达已更先事情,不停为导航控制分系统提供两航天器之间的相对运动参数,并举行双向通信,两航天器凭据雷达提供信号调整航行姿态,直至轨道器上的对接机构捕捉并锁定上升器。

  怎样确保“牵手”乐成

  首创抱爪机构的设计理念

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  在月球轨道上,轨返组合体重达2.3吨左右,怎样顺遂和重量400公斤左右的上升器在交会后牢牢“牵手”?

  中国航天科技集团的专家先容,和我国已掌握的地球轨道交会对接接纳的小星追大星、弱撞击的方式实现对接差别,嫦娥五号轨返组合体追上升器属于大星追小星,用撞击的方式对接可能会把上升器撞飞。以是,嫦娥五号接纳的停控加抓取的方式,就是在轨返组合体追上上升器并以相同速率航行历程中,从后面“伸手”牵过上升器之后拉紧,实现对接。这个历程中,轨返组合体稍有不慎就会将身姿轻盈的上升器撞飞。这需要轨返组合体对于速率、位置和微重力环境、热环境都有极为仔细的掌握,用极高的控制精度来保证义务完成。

  为了慎密“牵手”,轨返组合体身上安装了3个对接机构自动件,也就是“抱爪”,在运动历程中完全贴近上升器,并将上升器拉入怀中,完成“抱紧式”交会对接。

  “抱爪机构具有重量轻、捕捉可靠、结构简朴、对接精度高等优点。我们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,这些设计理念都算是首创。”中国航天科技集团八院嫦娥五号探测器副总指挥张玉花说。

  “所谓的抱爪,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。”嫦娥五号轨道器手艺副总负责人胡震宇说,探测器接纳的对接机构就是由3套抱爪组成,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,就可以实现两器的慎密毗邻。

  轨返组合体和上升器对接完成后,还要举行一个主要动作,就是将上升器上装有月壤的样品容器转移到返回器,并稳稳固定在样品舱。

  在载人航天航行义务中,当神舟飞船和天宫实验室对接后,有足够的通道空间供航天员穿舱而过。月球样品虽小,但转移的通道和进入的容器也十分狭窄。云云小的一个动作,在已往人类航天历史上并没有泛起过。

  捕捉、收拢、转移,看似简朴的历程,但在38万公里之外高速运行的航天器上实现并不简朴。对接机构与样品转移分系统手艺负责人刘仲说,光是故障预案就做了35项。

  交会对接后干什么

  接纳半弹道跳跃式设施返回

  12月6日12时35分,嫦娥五号轨道器和返回器组合体与上升器乐成星散,进入环月守候阶段,准备择机返回地球。按计划,嫦娥五号将于12月中下旬返回地球。

  在我国历次探月义务中,有过航天器在月球轨道上历久航行,或是最后完全脱离月球引力场去更远的星际空间。从月球轨道上回到地球则是第一次。

  专家指出,正确设计返回轨道是嫦娥五号返回器顺遂着陆在内蒙古四子王旗预定着陆点的要害保障。而对担负征采接纳嫦娥五号返回器义务的地面测控与接纳系统来说,为了始终能“瞥见”航天器和月球,也要通过深空测控站、中继卫星和大洋上的航天丈量船,实现全天候对嫦娥五号的关注。

  当嫦娥五号轨道器携返回器由月球向地球咆哮而来,在靠近地球约莫5000公里高度时会将返回器释放出来。随后返回器将独自以每秒约11公里的第二宇宙速率返回地球,比从近地轨道返回地面的神舟载人飞船返回舱要快得多。

  为了解决减速难题,科技职员设计了半弹道跳跃式返回的设施。当返回器进入地球大气层后,经由减速,将再次跳出大气层,随后再举行第二次进入大气层。通过这种方式,进入地球大气层的返回器速率就将从十几公里每秒降低到七点几公里每秒,从而到达平安下降地面的目的。

网友评论

3条评论
  • 2020-12-12 00:02:08

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