揭秘保障嫦娥五号“绕、落、回”的几大神器

揭秘保障嫦娥五号“绕、落、回”的几大神器

【环球时报-环球网报道  记者 刘扬  通讯员 李乔】2020年12月17日,嫦娥五号探测器搭载长征五号火箭圆满完成我国首次月球采样返回任务。其中,航天科工集团二院(以下简称二院)自主研制的多项技术产品为嫦娥五号“绕、落、回”不同阶段提供全面保障,助力我国开启深空探测新征程。

测量雷达打造飞天观测第一双眼

在长征五号运载火箭带着焰尾拔地而起的几分钟内,两部固定式脉冲测量雷达快速采集着火箭的飞行信息,确保指控中心能第一时间掌握全局,做好安控。

这是雷达测量的第一棒。从点火的那一刻开始,探测雷达像两双“鹰眼”,紧盯火箭飞行。这两部测量雷达主要用于运载火箭发射上升段的外弹道测量,为发射场指控中心实时提供火箭距离、方位、俯仰等精确坐标信息和径向速度数据,一旦火箭飞行出现偏移轨道的状况,即刻就能发现。

因为不受雨雪台风等天气因素影响,在火箭飞行观测的初始阶段,它们是扛大梁的。测量雷达先后圆满完成长征七号、长征五号首飞等数十次飞行任务,为嫦娥五号飞行保驾工作奠定扎实基础。

声表面波高可靠保障顺利升空

在此次任务中,二院23所自主研发的声表面波滤波器同时安装在嫦娥五号及搭载飞行的长征五号火箭中,主要应用在测控、应答机等分系统,全力保障嫦娥五号信号接收、过滤杂波,以及各分系统信号接收、处理的有效进行。

航天器发射中一旦有了信号干扰,地面接收到的信息就好比接听串了线的电话。声表面波滤波器能够轻松过滤掉“高次谐波、镜像信息、发射漏泄信号以及各类寄生杂波干扰”等各种干扰信号,发射场指控中心可以清晰接收准确信号。

为了滤除无用的信号干扰,更好助力嫦娥五号进行太空观测,确保与地面中心的信号畅通,23所对每一个滤波器精雕细琢,声表滤波器的最细线条宽度达到0.3um,相当于头发丝直径的1/200,每一个合格的高可靠性声表面波器件,都要高倍显微镜下“过关斩将”并至少经历3次超声波或等离子清洗,保证了元器件可靠性。

晶体元器件稳住精准探月脉搏

嫦娥五号的频率信号如同人体的脉搏,脉搏的稳定是她稳定正常工作的前提。

据记者了解,二院203所研制生产的数百只自主可控晶体元器件,作为嫦娥五号中电子设备的心脏,牢牢稳住嫦娥飞行的脉搏。包括晶体振荡器、石英谐振器等在内的多种型号晶体元器件为工程的发射、测控、在轨飞行、采样、返回等提供了稳定、可靠的频率信号。

据研制单位介绍,某型高性能时钟晶体振荡器是已经大量应用到我国探月工程的“功勋”产品。嫦娥五号中它再次成为多面手,从充当“千里眼和顺风耳”的通讯设备、控制嫦娥精准着陆的控制系统,到拍摄“广寒宫”的光学电子设备、控制嫦娥采样返回的控制系统,处处都有它忙碌的身影,全力保障嫦娥五号在遥远的太空中“控得住”、“采好样”、“返得回”。

为嫦娥系列研制的抗冲击温补晶体振荡器,具有频率准确、耐受冲击的特点。此次嫦娥五号使用了数只这样高精度的抗冲击温补晶体振荡器,这些温补晶体振荡器都是处于“关键岗位”,它们的输出信号频谱干净,为嫦娥卫星信标机提供精准信号,同时还可以承受住1500g冲击,为最终定位提供精准信号,保证“嫦娥”平安回家。

另一型高精度温补晶体振荡器,是频率控制的“大咖”,它可以输出更加精准稳定的频率信号。经过进一步设计和工艺攻关后,能够大幅提高嫦娥五号的性能指标和可靠性以及频率稳定度,温度工作范围提高了近一倍,并具有良好的环境适应性。

微波雷达确保月壤采样安全转移

依托首次月壤采样返回任务,二院相关单位研制的交会对接微波雷达首次实现月球轨道应用。这一月球轨道交会对接微波雷达是实现月球轨道交会对接和月壤转移的关键设备,用于嫦娥五号轨道器和上升器之间相对位置与相对姿态的精确测量,同时实现双向空空通信,引导两个航天器最终实现月球轨道交会对接,保证月壤采样安全转移。

不同于地球轨道交会对接,微波雷达在月球轨道交会对接是远距离测量的唯一手段,也是保证上升器在环月轨道和轨道器对接并把月壤样品转移到轨道器的关键。

火箭发射后,微波雷达随嫦娥五号探测器飞行约7天到达月球轨道,随后雷达主机及天线随轨返组合体(轨道器+返回器)环月飞行,应答机主机及应答机天线随着上组合体(着陆器+上升器)落月完成月壤采样。之后上升器从月面起飞进入环月轨道,开始月球轨道交会对接。微波雷达在交会对接阶段工作,从约100km处开机工作,为导航控制分系统提供轨道器与上升器间的相对运动参数,同时进行双向空空通信,直至对接机构捕获锁定上升器,将上升器中的月壤样品和容器转移到返回器。

高效护佑返回器平安回家

在嫦娥五号返回器返回过程中,二院23所研制的两部测量雷达承担了高精度测量任务,并为指控中心提供实时测量数据,为前方搜救提供有效的目标落点数据。

距离落区较远的雷达主要用于黑障区至地面的跟踪测量,该所研制人员根据十多年神舟系列飞船返回任务保驾工作经验,着重针对黑障区内返回器对雷达存在隐身现象做了充分准备,实时上报测量数据并预报返回舱着陆点,为飞船平安着陆后第一时间搜救打下坚实基础;回收任务最末端的跟踪测量雷达从返回器开伞后开始对目标进行测量,返回器进入返回轨道末端后,该雷达通过无源定位体制实现对返回器从开伞后至落地阶段的高精度定位,并提供全天时全天候的测量保障,为落点预报和返回器搜救提供了及时准确的数据信息。

据环球时报-环球网记者了解,当嫦娥五号返回器在预定地点着陆后,搬运外骨骼助力回收大队成功搜救返回器。搬运外骨骼包含上肢助力模块和下肢助力模块,负载能力达50公斤,通过电动直驱助力模块及智能步态分析算法,配合人体上下肢关节发力,降低人体能耗,同时为穿戴者提供了上肢臂力、腰肌及臀大肌助力,在负重搬运机动时可省力约60%,帮助穿戴者承担更大载荷。

此次任务中,两名身穿外骨骼的搜救回收队员携带搜救设备从直升机降落点快速机动至返回器着陆点,并在返回器旁插上一面鲜艳的五星红旗。与此同时,搬运外骨骼还协助搜救回收大队在返回器周边快速搭建应急通讯、照明及电力保障体系,确保搜救回收任务快速、安全、高效完成,为整个嫦娥五号探月任务收官划上圆满句号。

责编:郭晓鹏

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