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嫦娥五号翩然落月,体现着大智慧

2020-12-02 10:39   来源: 互联网    阅读次数:2145

嫦娥五号探测器的着陆和上升组合经历了主动减速、快速调整、接近、悬停避障、缓降和自由落体阶段,成功完成了月球表面预定区域的软着陆。




这次轻盈稳重的坠落,蕴含着无数航天员的智慧和心血。




对嫦娥五号来说,登月的机会只有一次,一定是成功的。




与嫦娥三号、嫦娥四号相比,嫦娥五号对着陆场的位置精度和平顺性有着前所未有的要求。由于升空将在采样完成后在月球表面起飞,因此选择嫦娥五号着陆点的过程也是为后续升空选择“发射场”的过程。着陆区不得有过高的凸起和过深的坑,坡度应符合任务要求。




简而言之,它就像一个从600公里外开始、15分钟内完成的自主“跳伞”。




为了实现“正确选址、精确着陆”,嫦娥五号采用了“粗精中继避障”模式,并在嫦娥三号和嫦娥四号上成功应用。在中国航天科技集团第五研究院502所研制的GNC系统的指挥下,着陆升空组合首先采用大推力反向制动减速,然后快速调整姿态,拍照识别预定着陆区域的地形,避开大障碍物,实现“粗避障”。然后倾斜降落到选定的着陆点,然后飞到着陆点,然后关闭发动机,降落在月球上。




GNC系统的决策离不开各种数据的支持。中科院西安分院研制的微波测距测速传感器,作为一双明亮的眼睛,感知嫦娥五号的路径,将信息传递给决策“大脑”。




据西安分公司微波测距测速传感器总设计师张爱军介绍,该雷达将在着陆和上升组合体距离月球表面约15公里时启动,在距离月球表面6公里时正式开始工作。




张爱军说:“雷达可以探测到着陆器与月球表面之间的距离,以及着陆器的下降速度,并向登月器的制导、导航和控制系统提供速度和距离信息,以便着陆器确定着陆点和速度。”。




登月引擎有独特的技术。发动机为嫦娥五号安全着陆提供动力保障。然而,用普通航空航天发动机完成月球表面的安全软着陆任务是不可能的。




记者从航天科技集团第六研究所了解到,月球处于真空状态,没有大气,这意味着不能利用空气摩擦来实现减速。为了完成探测器的着陆阶段,如动力下降和悬停,要求发动机具有推力深度调节能力。




2006年,第六研究院正式启动7500N变推力发动机关键技术研究。“经过长时间的探索和优化,发动机的关键技术和稳定性已经突破了”三大关键技术的研究。发动机的技术指标基本上满足了探测器的要求,为后续的开发任务奠定了坚实的基础。

在 7500 牛可变推力发动机的支持下,嫦娥三号探测器于 2013 年 12 月在中国完成了第一次外星物体的软着陆,嫦娥四号探测器于 2019 年 1 月实现了月球背面的第一次软着陆。这一次,它护送嫦娥 5 号着陆,并在月球上顺利着陆。


制动器导体 " 负有很大的责任。


嫦娥五号登月最后阶段的发动机关机需要准确的指示。中国航天科技集团研制的伽马关机传感器是着陆月球过程中的 "制动指导员",肩负着很大的责任。


登月过程开始后,嫦娥五号底部的伽马关机传感器实时测量探测器与月球表面的距离。嫦娥五号着陆离月球不到 5 米时,设备发出关闭指示,关闭轨道和姿态控制发动机。此时,决定了登月任务的成败。随着发动机反向推力的撤离,嫦娥 5 号能够降落在月球上。


据报道,伽马射线由于受到外界环境的低干扰和高精度,在载人航天和月球探测任务中得到了较高的精度和可靠性,在此之前,航天科技研制的伽马高度控制装置已成功地应用于神舟飞船护送航天员安全返航的任务中。


嫦娥五号的 "腿" 不是一般的。


没有发动机的后退,嫦娥五号以自由落体的形式降落。虽然月球引力小,着陆高度不高,但当月球表面撞击时,仍然会形成一定的撞击载荷。


这要求着陆缓冲系统在着陆时吸收撞击载荷,同时确保探测器不会翻倒或坠落。


着陆缓冲机制一般是嫦娥五号的 "腿",这是登月环节的技术问题之一,嫦娥五号的四条 "腿" 是不寻常的,它们整合了缓冲和支持功能,继承了嫦娥三号和四号的完美基因,是由五所院校的机构子系统团队精心设计的。


记者了解到,该组织采用了完全自主知识产权的 "部分封闭、自我收紧" 的方案,确保了封锁的简单可靠,能够解决着陆缓冲、着陆稳定等诸多问题。


与嫦娥三号的着陆缓冲设计方案相比,嫦娥五号任务的着陆缓冲能力提高了 30%,但由于嫦娥三号任务难度的增加,该机构的重量指数下降了 5%,五院总体设计部门的开发团队最终解决了这一问题。


一个你不知道的聪明的设计

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嫦娥五号登月过程中,也有一些鲜为人知的精美设计。


在表面上,着陆器 "持有" 吊起器降落在月球上。事实上,着陆器上的 GNC 系统是在中央控制计算机和着陆器上的恒星传感器的帮助下工作的。


中央控制计算机是提升管用来在月球表面起飞的 "最强的大脑",而恒星传感器则允许提升管通过 "看着星星" 来确定它的姿态。


这种合作 "是设计师们结合" 提升机伴随着陆器在整个过程中 " 提出的一个绝妙的技巧,这不仅节省了成本,而且减轻了重量。


此外,当着陆器接近月球表面时,由发动机引起的月球尘埃很容易使星敏感器变得 "眩目",从而影响随后上升管的起飞。研究小组设计了一个盖子盖住月球末端的星敏感器的镜头,他们称其为 "天黑时闭上眼睛"。等月亮后月亮尘埃消散,然后让星敏感器 "睁开眼睛"。


一座月月沟通的桥梁


380000 公里外经历生死考验的嫦娥 5 号,一举一动都让中国人忧心忡忡。幸运的是,通过各种天线和数据传输手段,地面可以与嫦娥五号保持联系,掌握动态,并向其发出指示。


起重机上装有西安分公司研制的测控天线,如嫦娥五号携带的手机,主要依靠嫦娥五号与地面的测控通信,着陆器拍摄的登月照片由研究所研制的数据传输系统实时传输,为地面决策提供依据。


与地面移动电话相比,地球与月球之间的通信距离为数万倍,数据传输需要使用一种特殊的地对地定向天线。五院总体设计部门设计的定向天线采用双轴驱动机构,与人的肩关节和肘关节相似,可使反射面天线散热器灵活旋转,始终瞄准地面。为了满足任务要求,反射器天线的设计达到了极致,反射面天线的重量比同类天线低 40% 以上。




责任编辑:萤莹香草钟
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