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“繞落回”全程保障 揭秘嫦娥五號的探月“神器”

2020年12月18日08:04 | 來源:中國新聞網
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原標題:“繞落回”全程保障 揭秘嫦娥五號的探月“神器”

12月17日凌晨,嫦娥五號返回器成功著陸於內蒙古四子王旗。自11月24日發射以來,在23天的“旅途”中,中國航天科工集團二院自主研制的多項技術產品堪稱探月“神器”,為嫦娥五號“繞、落、回”等不同階段提供全面保障支撐,助力中國開啟深空探測新征程。

測量雷達打造飛天觀測第一雙眼

在長征五號運載火箭帶著焰尾拔地而起的幾分鐘內,23所兩部固定式脈沖測量雷達快速採集著火箭的飛行信息,確保指控中心能第一時間掌握全局,做好安控。

這是雷達測量的第一棒。從點火的那一刻開始,23所探測雷達像兩雙“鷹眼”,緊盯火箭飛行。這兩部測量雷達主要用於運載火箭發射上升段的外彈道測量,為發射場指控中心實時提供火箭距離、方位、俯仰等精確坐標信息和徑向速度數據,一旦火箭飛行出現偏移軌道的狀況,即刻就能發現。

因為不受雨雪台風等天氣因素影響,在火箭飛行觀測的初始階段,雷達測量扛起了大梁。測量雷達先后圓滿完成長征七號、長征五號首飛等數十次飛行任務,為嫦娥五號飛行保駕工作奠定扎實基礎。

聲表面波高可靠保障順利升空

在此次任務中,二院23所自主研發的聲表面波濾波器同時安裝在嫦娥五號及搭載飛行的長征五號火箭中,主要應用在測控、應答機等分系統,全力保障嫦娥五號信號接收、過濾雜波,以及各分系統信號接收、處理的有效進行。

航天器發射中一旦有了信號干擾,地面接收到的信息就好比接聽串了線的電話。聲表面波濾波器能夠輕鬆過濾掉“高次諧波、鏡像信息、發射漏泄信號以及各類寄生雜波干擾”等各種干擾信號,發射場指控中心可以清晰接收准確信號。

為了濾除無用的信號干擾,更好助力嫦娥五號進行太空觀測,確保與地面中心的信號暢通,23所對每一個濾波器精雕細琢,聲表濾波器的最細線條寬度達到0.3um,相當於頭發絲直徑的1/200,每一個合格的高可靠性聲表面波器件,都要高倍顯微鏡下“過關斬將”並至少經歷3次超聲波或等離子清洗,保証了元器件可靠性。

晶體元器件穩住精准探月脈搏

嫦娥五號的頻率信號如同人體的脈搏,脈搏的穩定是她穩定正常工作的前提。二院203所研制生產的數百隻自主可控晶體元器件,作為嫦娥五號中電子設備的心臟,牢牢穩住嫦娥飛行的脈搏。

203所研制生產的某型高性能時鐘晶體振蕩器,是已經大量應用到中國探月工程的“功勛”產品。嫦娥五號中它再次成為多面手,從充當“千裡眼和順風耳”的通訊設備、控制嫦娥精准著陸的控制系統,到拍攝“廣寒宮”的光學電子設備、控制嫦娥採樣返回的控制系統,處處都有它忙碌的身影,全力保障嫦娥五號在遙遠的太空中“控得住”、“採好樣”、“返得回”。

203所為嫦娥系列研制的抗沖擊溫補晶體振蕩器,具有頻率准確、耐受沖擊的特點。此次嫦娥五號使用了數隻這樣高精度的抗沖擊溫補晶體振蕩器,這些溫補晶體振蕩器都是處於“關鍵崗位”,為嫦娥衛星信標機提供精准信號,同時還可以承受住1500g沖擊,為最終定位提供精准信號,保証“嫦娥”平安回家。

另一型高精度溫補晶體振蕩器,是頻率控制的“大咖”,它可以輸出更加精准穩定的頻率信號。經過進一步設計和工藝攻關后,能夠大幅提高嫦娥五號的性能指標和可靠性以及頻率穩定度,溫度工作范圍提高了近一倍,並具有良好的環境適應性。

微波雷達確保月壤採樣安全轉移

依托首次月壤採樣返回任務,二院25所交會對接微波雷達首次實現月球軌道應用。25所自主研制的月球軌道交會對接微波雷達,是實現月球軌道交會對接和月壤轉移的關鍵設備,用於嫦娥五號軌道器和上升器之間相對位置與相對姿態的精確測量,同時實現雙向空空通信,引導兩個航天器最終實現月球軌道交會對接,保証月壤採樣安全轉移。

不同於地球軌道交會對接,微波雷達在月球軌道交會對接是遠距離測量的唯一手段,也是保証上升器在環月軌道和軌道器對接並把月壤樣品轉移到軌道器的關鍵。

火箭發射后,微波雷達隨嫦娥五號探測器飛行約7天到達月球軌道,隨后雷達主機及天線隨軌返組合體環月飛行,應答機主機及應答機天線隨著上組合體落月完成月壤採樣。之后上升器從月面起飛進入環月軌道,開始月球軌道交會對接。微波雷達在交會對接階段工作,從約100km處開機工作,為導航控制分系統提供軌道器與上升器間的相對運動參數,同時進行雙向空空通信,直至對接機構捕獲鎖定上升器,將上升器中的月壤樣品和容器轉移到返回器。

高效護佑返回器平安回家

在嫦娥五號返回器返回過程中,二院23所研制的兩部測量雷達承擔了高精度測量任務,並為指控中心提供實時測量數據,為前方搜救提供有效的目標落點數據。

距離落區較遠的雷達主要用於黑障區至地面的跟蹤測量,該所研制人員根據十多年神舟系列飛船返回任務保駕工作經驗,著重針對黑障區內返回器對雷達存在隱身現象做了充分准備,實時上報測量數據並預報返回艙著陸點,為飛船平安著陸后第一時間搜救打下堅實基礎﹔回收任務最末端的跟蹤測量雷達從返回器開傘后開始對目標進行測量,為落點預報和返回器搜救提供了及時准確的數據信息。

當嫦娥五號返回器在預定區域著陸后,206所搬運外骨骼助力回收大隊成功搜救返回器。搬運外骨骼包含上肢助力模塊和下肢助力模塊,負載能力達50公斤,同時為穿戴者提供了上肢臂力、腰肌及臀大肌助力,在負重搬運機動時可省力約60%,幫助穿戴者承擔更大載荷。

此次任務中,兩名身穿外骨骼的搜救回收隊員攜帶搜救設備從直升機降落點快速機動至返回器著陸點,並在返回器旁插上一面鮮艷的五星紅旗。與此同時,搬運外骨骼還協助搜救回收大隊在返回器周邊快速搭建應急通訊、照明及電力保障體系,確保搜救回收任務快速、安全、高效完成,為整個嫦娥五號探月任務收官劃上圓滿句號。(李喬 郭超凱)

(責編:趙竹青、初梓瑞)

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