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揭秘嫦娥四号、玉兔二号关键技术

科技新闻来源:光明日报 2019-09-20 04:59 A-A+ 二维码
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  星河灿烂,深空浩渺,“嫦娥”一词凝聚了千百年来中国人对探月的向往。1月11日,嫦娥四号着陆器与玉兔二号月球车正常工作,并发回了清晰的互拍图像,嫦娥四号任务圆满成功,我国探月工程“五战五捷”。这是人类发射的探测器首次在月球背面着陆,中国航天科工集团有限公司(以下简称航天科工)党组书记、董事长高红卫介绍,航天科工为嫦娥四号任务提供20余项技术产品,为“绕、落、分、行”等各个阶段提供了全程保障支撑,记者采访了航天科工相关专家,请他们解读数项关键技术。

  稳住绕月飞行速度

  在漫长的奔月旅行中,嫦娥四号要经过多次加速变换飞行轨道后,才能最终抵达月球,由航天科工研制生产的高精度加速度计组合一路保驾护航,平稳地完成了嫦娥四号的速度变化控制,保障落月任务的圆满完成。据航天科工三院新闻发言人黄程友介绍,这一组合的核心部件——石英挠性加速度计称得上是“功勋神器”,其产品性能在国内首屈一指,曾先后助力神舟系列飞船的11次飞行任务和嫦娥三号飞行任务圆满成功。

  “在此次嫦娥四号飞行任务中,该组合主要承担三大使命,即在地球和月球转移变轨控制、环月轨道保持控制和动力下降三大阶段测量嫦娥四号飞行的加速度,从而控制嫦娥四号的速度变化,以实现精确的变轨控制和平稳、准确的着陆控制。”黄程友说。

  据介绍,此次为嫦娥四号研制的高精度加速度计组合,采用新型设计方案,为核心部件石英挠性加速度计打造全新的配套电路,大大提高了其可靠性,研制团队还做了大量开创性设计,使产品成本更低、体积更小、重量更轻、功耗更小。

  助力落月优美姿态

  在历经奔月旅程和绕月飞行后,嫦娥四号在月球背面成功着陆,开启全球首秀。由航天科工三院研制的γ关机敏感器肩负的任务就是让嫦娥四号在最后的旅途中准时“刹车”,精准落月。

  要让探测器踏上月球,必须实现月背“软着陆”。随着落月过程的开始,置于嫦娥四号底部的γ关机敏感器便实时测量嫦娥四号与月球表面的距离。当γ关机敏感器探测到距月球表面数米高度时,便发出关机指令,关闭轨道控制和姿态控制发动机。这个关机指令的发出,是实现“嫦娥落月”的关键动作,这一瞬间,决定着“落月”任务的成败。当轨道控制和姿态控制发动机关闭,就会停止给嫦娥四号提供推力,嫦娥四号就会在月球引力作用下以自由落体的方式下落,最终翩然降落在月球表面。

  据项目团队相关负责人介绍,此次嫦娥四号任务中,γ关机敏感器在近月环境下精确测距,精准关闭了轨道控制和姿态控制发动机,有效保障了嫦娥四号的首次月背软着陆成功。

  精准分离月球车

  落月之后,嫦娥四号着陆器就要和玉兔二号月球车分离,这样,月球车才能按自主轨道顺利滑向月球表面,进行月球表面巡视工作。分离时,车体连接解锁机构就要开始发挥作用,而航天科工研制的连接解锁机构能否在既定时间按时解锁,是此次任务成败的关键环节之一,决定着玉兔二号能不能顺利踏上月球表面。

  此前,航天科工研制的连接解锁机构已在嫦娥三号、载人航天工程等任务中成功应用。在载人航天工程中,它就像飞船的臂膀,毫秒不差、收放自如地将各个舱段按需拆合,保障飞船安全进入轨道运行、返回地球、到达预定着陆点和安全着陆等各关键阶段。而在此次嫦娥四号任务中,连接解锁机构再次稳定发挥,让玉兔二号与嫦娥四号着陆器精准分离,踏上月球开展科研任务。

  赋予月球车敏捷身手

  与着陆器分离后,如何让玉兔二号灵活地“走起来”,顺利完成避障、越障、爬坡等动作,也是本次任务的一个关键环节。为此,航天科工为其定制了两种电动机,一种是用于车轮驱动和转向驱动的电动机,可以让月球车行动自如;另一种是用于机械臂分系统关节驱动的电动机,可以让机械臂灵活有力。

  据航天科工十院此项目技术专家陈强介绍,这些驱动电动机于2008年研制成功,历时5年的迭代成长,曾于2013年伴随嫦娥三号实现了太空首秀,其功能主要是驱动玉兔一号在月球表面移动和转向。为了克服月球表面相差几百度的温差,设计师采用巧妙的机械机构,将电机各零部件组合在一起,使电动机能够在温度变化极大的情况下可靠运行,同时也有效防止月球表面的尘埃污染电机内部。

  目前,玉兔二号已经开展了月午休眠及唤醒、两器互拍等任务,随着嫦娥四号任务转入科学探测阶段,玉兔二号将继续开展月面巡视探测研究,而这些电动机将让其保持敏捷的身手。

  除了这几项关键技术,在火箭发射阶段,航天科工自主研制的自动测控设备还完成了运载火箭测量、远距离测试—发射控制等任务,同时还为嫦娥四号提供了声表面波器件产品、晶体元器件产品、蓄电池组、连接器、继电器、金属软管、紧固件等核心技术和产品。高红卫介绍,在嫦娥四号任务期间,航天科工还为所提供的零部件都建立了全寿命、可追溯、可跟踪的电子档案,确保各参试产品安全可靠,为“嫦娥”飞得又稳又美,“玉兔”灵活敏捷提供保障。(记者 詹媛)

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