12月6日，航天科技人员在北京航天飞行控制中心指挥大厅监测嫦娥五号上升器与轨道器、返回器组合体交会对接情况。 新华社记者 金立旺摄
我国首次实现月球轨道交会对接。昨日凌晨，嫦娥五号探测器的上升器成功与轨道器、返回器组合体交会对接，并将样品容器安全转移至返回器中。昨日中午，轨道器、返回器组合体与上升器成功分离，进入环月等待阶段，准备择机返回地球。
国家航天局介绍，从上升器进入环月飞行轨道开始，通过远程导引和近程自主控制，轨道器、返回器组合体逐步靠近上升器，以抱爪的方式捕获上升器，成功完成交会对接。昨日6时12分，样品容器从上升器安全转移至返回器中。
航天专家介绍，月球轨道交会对接与样品转移的技术要求极高，与近地轨道航天器交会对接不同，嫦娥五号探测器需要在考虑探测器的测控、光照条件、电源等各种约束条件下完成交会对接飞行方案设计；同时月球轨道交会对接过程中，地面测控支持能力有限，探测器受到对接机构大小的限制，对接精度的要求很高。
昨日12时35分，嫦娥五号探测器的轨道器、返回器组合体与上升器成功分离，进入环月等待阶段，准备择机返回地球。在环月等待段飞行过程中，轨道器、返回器组合体将进行轨道维持，等待月地入射窗口的到来。
航天专家介绍，由于月地关系的不断变化，月地入射窗口及入射点位置均受到严格约束。同时，月地入射的精度在一定程度上决定了返回器再入点精度，影响返回器的安全着陆，控制精度要求高。
这是12月6日在北京航天飞行控制中心指挥大厅拍摄的嫦娥五号上升器与轨道器返回器组合体交会对接画面。
揭秘1 抱爪式对接 棘爪式转移设计理念世界首创
昨日凌晨，38万公里外的“太空握手”牵动了众人的心。而完成这次精准对接任务的，是由中国航天科技集团八院研制的对接与样品转移机构，其采用的抱爪式对接、棘爪式转移等设计理念均为世界首创。
昨日凌晨，携带着月壤样品的上升器与在环月轨道上的轨道器、返回器组合体成功交会对接。与以往的太空对接不同，嫦娥五号月球探测器的飞行距离更远，受运载工具、燃料等限制更大，因此对接机构必须小而精，其重量要减到普通载人航天器所用“异体同构周边式对接机构”的十五分之一。
“我们在嫦娥五号探测器上采用了抱爪式对接机构，通过增加连杆棘爪式转移机构，实现了对接与自动转移功能的一体化，这些设计理念都是世界首创。”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。
嫦娥五号轨道器副总师胡震宇解释，所谓“抱爪”，就像我们手握棍子的动作，两个方向一用力，就可以把棍子牢牢地握在手中。探测器采用的对接机构就是由3套K形抱爪构成。
轨道器和上升器对接完成后，还要将上升器上装有月壤的样品容器转移到返回器中。连杆棘爪式转移机构采用了一个非常巧妙的设计利用2套倒三角形构型的棘爪，通过4次伸缩，让容器逐渐移动到返回器中。
在38万公里之外高速运行的飞行器上，实现对接、转移样品并不容易。“时效性要求非常高，必须一气呵成。”对接机构与样品转移分系统技术负责人刘仲说，从启动开始到交会对接，全部采用自动控制。研制人员先后进行了超过1000次样品转移测试，不断优化流程，确保自动对接与样品转移过程万无一失。
揭秘2 双谱段监视相机“抓拍”定格嫦五“相拥”瞬间
昨日，我国成功完成首次月球轨道交会对接，“抓拍”实况的摄影师是由中国航天科技集团八院控制所研制的红外及可见光双谱段监视相机。
与以往任务中所搭载的监视相机不同，嫦娥五号探测器所搭载的双谱段监视相机集红外和可见光成像于一体。红外和可见光传感器经各自的光学镜头获取图像数据，根据遥控指令要求在六种拍摄模式中自由切换，实现分别或同时成像。
“相当于给普通相机加了一个夜视仪，即使交会对接过程发生在月背，没有太阳光照，我们也可以通过红外相机记录全过程。”八院控制所光学导航专家郑循江介绍，这款相机可以让我们用红外镜头的视角看太空。
本次搭载在轨道器上的相机，成像质量高、像素尺寸大。项目团队历时两个月，通过优化软件架构和算法，提升软件运行效率，成功解决了高清影像数据传输等问题。研制团队还通过优化相机体积，给“寸土寸金”的轨道器留出了更多运输有效载荷的空间。
揭秘3 微波雷达“导航”精准实现“太空牵手”
嫦娥五号月球采样返回，是我国航天领域迄今为止最复杂、难度最高的任务之一。由中国航天科工集团有限公司研制的嫦娥五号交会对接微波雷达，作为探测器在月球轨道中远距离测量的惟一手段，成功引导探测器实现首次月球轨道无人交会对接。
月球轨道微波雷达是一组成对产品，由雷达主机和应答机组成，分别安装在嫦娥五号探测器的轨道器和上升器上。当两者相距约100公里时，微波雷达开始工作，不断为导航控制分系统提供俩航天器间的相对运动参数，并进行双向空空通信，两部航天器根据雷达提供信号调整飞行姿态，直至轨道器上的对接机构捕获、锁定上升器。
航天科工二院25所交会对接微波雷达总工程师孙武介绍，与近地轨道相比，月球轨道没有卫星导航等服务资源，微波通信是中远距离测量的惟一手段。月轨环境更复杂，所以自动交会对接对微波雷达提出的要求极为苛刻。为此，微波雷达团队攻克了相位干涉仪测角、大宽角度测量等关键技术。
嫦娥五号的轨道器和上升器交会对接，是体量相差巨大的“大追小”复杂受力过程，采用了抱爪式的弱撞击对接机构。“我们采用了创新的误差补偿算法，进一步提高了微波雷达的测角精度，大幅提升了精准对接的胜算。”微波雷达项目主任设计师贺中琴说。
装有对接用应答机的上升器在落月时难免形成扬尘。为了避免这些月尘干扰测角精度，应答机戴上了“护目镜”特殊材料的防尘罩。
此次微波雷达还完成了升级，从雷达与应答机之间“一问一答”的传输方式，升级至轨道器与上升器之间的“沟通对话”，实现了遥控指令和遥测参数的双向传输。“以前就像老师上课点名，雷达发消息，应答机答‘到’。而现在它们不仅自己通话，还要负责上升器和轨道器之间的信息传递。”贺中琴说。
来源 北京日报
记者 张航 通讯员 段逊 王瑭 陈葆娟
流程编辑 吴越
