6月2日6时23分,嫦娥六号着陆器和上升器组合体成功着陆在月球背面南极-艾特肯盆地预选着陆区,再次上演“翩然落广寒”的精彩一幕。这标志着嫦娥六号成功跨过充满挑战的“落月”难关,为达成“人类首次月球背面自动采样返回”目标又向前迈进了关键一步。
在此过程中,来自航天科技集团五院的多项“硬核技术”帮助嫦娥六号轻盈落月背,可谓尽显中国航天科技的智慧与力量。
自主控制高可靠
避障技术更成熟
嫦娥六号落月任务充分借鉴了我国多次地外天体软着陆的成功经验,不仅再一次展现了特有的“粗精接力避障”技术,还进一步推动该项技术走向成熟。
GNC系统,是制导(Guidance)、导航(Navigation)与控制(Control)系统的简称,它就好比嫦娥六号着陆器和上升器组合体在落月过程中的“驾驶员”,需要实时知道“我在哪儿”“我要去哪儿”和“我怎么去”。在极具挑战的落月过程中,该系统要完成“飞行轨迹控制”“安全着陆点选择”和“精准控制”三项核心任务。目前,“嫦娥家族”使用的GNC系统均由航天科技集团五院502所研制。
航天科技集团五院502所专家介绍,在下降过程中,嫦娥六号GNC系统需要自主选择一个既符合着陆要求,又能满足上升器月面起飞条件的落点,为后续的取土和起飞创造良好条件。之后,组合体开始径直飘移至选定落点的正上方并开始垂直下降,至月面特定高度时关闭主发动机,最终利用着陆腿的缓冲机构实现软着陆。
正是这先后两次的障碍识别与落点确定,展现了中国航天算法设计的精髓与核心技术的硬核力量——
“落月过程中,在GNC系统的智能自主操控下,嫦娥六号着陆器和上升器组合体边降落边快速调整姿态,对预定着陆区域拍照分析,选择着陆区域。然后,GNC系统会控制组合体飞向选定区域。”航天科技集团五院502所专家称其为第一次避障,即“粗避障”。
“在距离月面更近的预定高度时,着陆器和上升器组合体开始实施关键的短暂悬停,再次对月面进行拍照,精确避开障碍,选定最终落点”——显然,这就是专家所说的第二次避障,即“精避障”。
为适应月背降落,嫦娥六号GNC系统针对新的轨道以及鹊桥二号中继星通信部分进行了适应性调整。嫦娥六号相比嫦娥五号要消耗更多的推进剂,为此,研制人员对系统进行了针对性调整、优化和升级,既确保落月精度,也兼顾资源使用的经济性。
鹊桥通信再提速
月背对话实时通
落月时,地球上的控制中心和嫦娥六号探测器之间会产生大量的信息,这些信息的传输由航天东方红卫星有限公司(航天科技集团五院所属)抓总研制的鹊桥二号中继星支持完成。
与鹊桥中继星最远9万公里的距离相比,鹊桥二号中继星的远月点距离月面的最远距离约为1.6万公里,这使得它在天线口径不变的情况下,必须大幅提高通信速率。为此,研制团队为其巧妙设计了环月大椭圆冻结轨道,不仅提高了通信速率和通信覆盖能力,还可以节省燃料,有利于在轨道上长期驻留。此外,相较于鹊桥中继星,研制团队还将鹊桥二号中继星前向链路(从中继星到月面探测器)和返向链路(从月面探测器到中继星)的最高码速率提高了近10倍,对地数据传输链路的最高码速率提高了近百倍,这也让其通信能力“如虎添翼”。
值得一提的是,鹊桥二号中继星把同时接收探测器数据的数据传输通道,从鹊桥中继星的2路提高到了最多10路,“这样,在提升通信速率的基础上,又大幅增加了传输通道。这一设计让鹊桥二号中继星一下有了5个‘分身’,使得大量的数据通信成为可能,让不可见的月背降落一切尽在掌握。”航天东方红卫星有限公司专家解释。
“泊车雷达”测距精
“纤纤美腿”着陆稳
着陆月背,环环相扣,险象环生。由航天科技集团五院西安分院研制的微波测距测速敏感器,就像在着陆器上安装了一部“泊车雷达”,帮助着陆器和上升器组合体实现月背软着陆。
“这部‘雷达’在着陆器接近月球表面时开始工作,细致测量各项数据并传递精确信息,准确判断着陆点和降落速度,确保嫦娥六号控制身姿顺利‘泊车’,为安全精准着陆提供可靠保障。”航天科技集团五院西安分院专家形象地比喻道。
软着陆月背前,嫦娥六号着陆器和上升器组合体还要经受“最后一落”的冲击。由航天科技集团五院529厂量身定制的4条轻质、高强“纤纤美腿”,让嫦娥六号落月更轻盈。
可别小看这些“修长美腿”,它们的学名叫“着陆缓冲机构”,每条着陆腿由1个主腿、2个副腿和1个足垫组成,各有分工,各司其责。“着陆前,采用新型高强合金材料并填充特殊材料的主副腿协同工作,以便着陆时安全地支撑住探测器的身体,并传递、吸收各种冲击力。”航天科技集团五院529厂专家介绍,除了拥有“修长美腿”,嫦娥六号着陆器还搭配4个圆形大脚掌(足垫)——“看上去像4个大脸盆,直径差不多是普通人脚掌的2倍,其盆状结构以及设计巧妙的‘足弓’,可以起到更好的缓冲作用,防止探测器在着陆月背时摔倒,并提升嫦娥六号落月时的舒适‘脚感’”。
在着陆器动力下降阶段,由航天科技集团五院510所研制的着陆缓冲机构信号装置也开启了工作模式。当着陆器到达月球表面预定高度时,该设备就会被触发并产生信号,提醒着陆器明确自身的展开状态,准备在月面着陆。落月信号装置则是在着陆足垫接触月面时,受月面反作用力触发开关,关闭反推发动机,从而保证探测器安全平稳落下。
据光明日报
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