2020年12月1日，嫦娥五號探測器的著陸上升組合體(ti) 曆經主動減速、快速調整、接近、懸停避障、緩速下降和自由下落階段，成功完成在月麵預定區域的軟著陸。

邊飛邊找落點
對於(yu) 嫦娥五號來說，落月隻有一次機會(hui) ，必須一次成功。

相比嫦娥三號、四號，嫦娥五號對於(yu) 著陸點的位置精度和平整度要求是空前的。由於(yu) 涉及到采樣完成後上升器要在月麵起飛，嫦娥五號挑選落點的過程，也是為(wei) 後續上升器月麵起飛選擇“發射場”的過程，其降落區域內(nei) 不能有太高的凸起、太深的凹坑，坡度也需要符合任務要求。

簡單說，它是一邊飛行一邊尋找落點，如同一次從(cong) 600公裏外開始、在15分鍾內(nei) 完成的自主“跳傘(san) ”。

為(wei) 了實現“選址正確、落得準確”，嫦娥五號采用了已經在嫦娥三號和四號上成功應用的“粗精接力避障”方式。這種方式，是在由中國航天科技集團五院502所研製的製導導航與(yu) 控製（GNC）係統指揮下，著陸上升組合體(ti) 先大推力反向製動減速，然後快速調整姿態，對預定落區地形進行拍照識別，避開大的障礙，實現“粗避障”，之後再斜向落向選定的著陸點，飛到著陸點正上方後改為(wei) 垂直下降，在接近月麵時關(guan) 閉發動機，落在月球上。

探查落月路徑的眼睛
GNC係統在進行決(jue) 策時，離不開各種數據支持。由五院西安分院研製的微波測距測速敏感器，如同一雙明亮的眼睛，感知著嫦娥五號的落月路徑，並向決(jue) 策“大腦”傳(chuan) 遞信息。

據西安分院微波測距測速敏感器主任設計師張愛軍(jun) 介紹，這部雷達在著陸上升組合體(ti) 距離月球表麵約15公裏時開機，在距離月麵6公裏時正式開始工作。

“該雷達可以探測著陸器與(yu) 月球表麵的距離，以及著陸器下降的速度，並向上升器的製導導航與(yu) 控製係統提供速度和距離的信息，以便著陸器判斷降落的落點和速度。”張愛軍(jun) 說。

落月發動機有絕招
發動機為(wei) 嫦娥五號安全落月提供了動力保障。不過，靠普通宇航發動機，是無法完成月麵安全軟著陸任務的。

記者從(cong) 航天科技集團六院了解到，月球是真空狀態，沒有大氣，意味著不能利用空氣摩擦實現減速。為(wei) 完成探測器動力下降、懸停等著陸階段動作，要求發動機具備推力深度調節能力。

2006年，六院正式啟動7500牛變推力發動機關(guan) 鍵技術攻關(guan) 。經過艱苦探索，研製團隊先後突破“高性能、長壽命推力室”“流量精確調節與(yu) 穩定”和“發動機係統優(you) 化與(yu) 集成”三大關(guan) 鍵技術，發動機技術指標基本滿足探測器要求，為(wei) 後續研製任務奠定了堅實基礎。

在7500牛變推力發動機鼎力支撐下，2013年12月，嫦娥三號探測器完成了我國首次地外天體(ti) 軟著陸；2019年1月，嫦娥四號探測器實現人類首次月背軟著陸。這次，它又護送嫦娥五號著陸上升組合體(ti) 平穩落在月球。

刹車指令員責任重大
嫦娥五號落月最後階段的發動機關(guan) 機，需要有精準的指令。中國航天科工集團研製的γ關(guan) 機敏感器，就是落月過程中的“刹車指令員”，責任重大。

落月過程開始後，置於(yu) 嫦娥五號底部的γ關(guan) 機敏感器便實時測量著探測器與(yu) 月麵的距離。當嫦娥五號落到距月麵不足5米高度時，該設備發出關(guan) 機指令，關(guan) 閉軌控和姿控發動機。這一瞬間，決(jue) 定著落月任務的成敗。隨著發動機反推力的撤離，嫦娥五號得以翩然落月。

據介紹，γ射線具備受外部環境幹擾小、精度高等特點，因而被應用於(yu) 對精度、可靠性要求最高的載人航天和探月任務中。此前，航天科工研製的γ高度控製裝置已經在神舟飛船任務中成功應用，護送航天員安全返回。

嫦娥五號的“腿”不一般
離開了發動機的反推，嫦娥五號是以自由落體(ti) 形式著陸的。雖然月球引力較小，降落高度也不高，但撞擊月麵時仍會(hui) 形成一定衝(chong) 擊載荷。

這就需要著陸緩衝(chong) 係統發揮作用，吸收著陸時的衝(chong) 擊載荷，同時保證探測器不翻倒、不陷落。

著陸緩衝(chong) 機構，通俗地說就是嫦娥五號的“腿”，是落月環節的技術難題之一。嫦娥五號的4條“腿”可不一般，它們(men) 集緩衝(chong) 、支撐功能於(yu) 一體(ti) ，繼承了嫦娥三號、四號的完美基因，由五院機構分係統團隊精心設計。

記者了解到，該機構采用具有完全自主星空体育官网入口网站產(chan) 權的“偏置收攏、自我壓緊”式方案，保證了收攏簡單、展開可靠，能解決(jue) 著陸緩衝(chong) 、著陸穩定性等多方麵問題。

與(yu) 嫦娥三號的著陸緩衝(chong) 設計方案相比，嫦娥五號任務由於(yu) 難度增加，著陸緩衝(chong) 能力要求提高了30%，但機構重量指標卻減少了5%。五院總體(ti) 設計部研製團隊最終解決(jue) 了這個(ge) 難題。

你不知道的精妙設計
嫦娥五號落月過程中，還有一些鮮為(wei) 人知的精妙設計。

從(cong) 表麵看，是著陸器“托著”上升器降落到月麵，實際上，著陸器上GNC係統的工作，卻借助了上升器上的中央控製計算機和星敏感器。

中央控製計算機是上升器在月麵起飛時要用的“最強大腦”，星敏感器則能讓上升器通過“看星星”確定自己的姿態。

這樣的“合作”，是設計人員結合“上升器全程陪同著陸器”的實際想出的妙招，既節約了成本，又減輕了重量。

此外，當著陸器接近月麵時，發動機激起的月塵容易讓星敏感器“迷眼”，從(cong) 而影響後續上升器起飛。研製團隊專(zhuan) 門設計了一個(ge) 蓋子，可以在落月最後階段把星敏感器的鏡頭蓋起來，他們(men) 稱之為(wei) “天黑請閉眼”。待落月之後月塵散去，再讓星敏感器“睜眼”。

地月通信的橋梁
遠在38萬(wan) 公裏外經曆生死考驗的嫦娥五號，一舉(ju) 一動都令國人牽掛。好在通過各種天線和數據傳(chuan) 輸手段，地麵可以跟嫦娥五號保持聯係，隨時了解它的動態，向它發送指令。

在上升器上，裝有西安分院研製的測控天線，如同嫦娥五號隨身攜帶的手機，是它與(yu) 地麵之間測控通信的主要依靠。而著陸器拍攝的落月照片，則由該院研製的數傳(chuan) 係統實時傳(chuan) 回，為(wei) 地麵決(jue) 策提供依據。

相比地麵上的手機，地月通信距離遠了幾萬(wan) 倍，數據發送需要采用特殊的對地定向天線。由五院總體(ti) 設計部設計的定向天線采用雙軸驅動機構，就像人的肩、肘關(guan) 節，能讓反射麵天線輻射器靈活轉動，始終對準地麵。為(wei) 了滿足任務要求，反射麵天線的設計輕量化到極致，相比同類天線減重了40%以上。

模擬動畫截圖。來源：中國航天科技集團五院

來源：科技日報


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