嫦娥五號何以穩(wěn)穩(wěn)落月（科技自立自強(qiáng)·逐夢深空）
在經(jīng)歷了一周的地月轉(zhuǎn)移、近月制動、環(huán)月飛行后，嫦娥五號探測器于12月1日23時11分降落在月面預(yù)選著陸區(qū)。與嫦娥三號、四號相比，嫦娥五號的落月過程有何不同？用到了哪些“神器”？
制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)
確保“選址正確，落得準(zhǔn)確”
嫦娥五號的落月過程經(jīng)歷了主動減速、快速調(diào)整、接近、懸停避障、緩速下降和自由下落段，看似輕松的平穩(wěn)降落背后，蘊(yùn)藏著眾多科研人員的智慧和積淀。
嫦娥五號探測器抓總研制單位中國航天科技集團(tuán)五院有關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，嫦娥五號落月的過程也是為后續(xù)上升器月面起飛選擇“發(fā)射場”的過程。相較于嫦娥三號、四號，嫦娥五號對于著陸點的位置精度和平整度的要求是空前的，需要著陸區(qū)域內(nèi)既沒有太高的凸起，也沒有太深的凹坑，坡度要符合任務(wù)要求?？梢哉f，落月的過程就是邊飛行邊找尋落點。
為了實現(xiàn)“選址正確，落得準(zhǔn)確”，專家介紹，嫦娥五號采用了中國航天科技集團(tuán)五院502所已在嫦娥三號和四號上應(yīng)用的“粗精接力避障”的方式，即在制導(dǎo)導(dǎo)航與控制（GNC）系統(tǒng)的指揮下，著陸器和上升器組合體先大推力反向制動快速減速，然后快速調(diào)整姿態(tài)并對預(yù)定落區(qū)地形進(jìn)行拍照識別，避開大障礙，實現(xiàn)“粗避障”。之后，組合體在飛到距離月面100米時懸停，并再次對選定區(qū)域精確拍照，實現(xiàn)“精避障”，再斜向下飄向選定的著陸點，在移動到著陸點正上方后開始豎直下降，到距離月面較近時關(guān)閉發(fā)動機(jī)，利用著陸腿的緩沖實現(xiàn)軟著陸。
著陸緩沖機(jī)構(gòu)
保證探測器不翻倒、不陷落
落月的關(guān)鍵在于平穩(wěn)。嫦娥五號著陸上升組合體在落月時，撞擊月面會形成較大的沖擊載荷，必須設(shè)計相應(yīng)的著陸緩沖機(jī)構(gòu)，保證探測器不翻倒、不陷落，這是落月的技術(shù)難題之一。
專家介紹，著陸緩沖機(jī)構(gòu)，通俗地說就是嫦娥五號的“腿”。
這4條緩沖、支撐一體化的“腿”可不一般。著陸緩沖機(jī)構(gòu)具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的“偏置收攏、自我壓緊”式方案，保證了收攏簡單、展開可靠，解決了著陸緩沖、著陸穩(wěn)定性等多方面的問題。
與嫦娥三號的著陸緩沖設(shè)計方案相比，由于任務(wù)難度增加，嫦娥五號任務(wù)的著陸緩沖能力要求提高了30%，但機(jī)構(gòu)重量指標(biāo)卻減少了5%。研制團(tuán)隊反復(fù)研究，每次修改完設(shè)計后，一旦發(fā)現(xiàn)新的減重突破口，又毫不猶豫地推翻重來，最終成功滿足了設(shè)計指標(biāo)，確保了嫦娥五號穩(wěn)定可靠地完成與月球的親密擁抱。
搭載“外腦”“外眼”
既節(jié)約成本又減輕重量
在嫦娥五號的落月過程中，還有兩個精妙的設(shè)計。一是雖然表面上看是著陸器“背著”上升器軟著陸到了月面上，但實際上，整個落月過程中，著陸器都借助了“外腦”和“外眼”——分別是上升器月面起飛時要用的“最強(qiáng)大腦”中央控制計算機(jī)和通過“看星星”確定自己姿態(tài)的星敏感器，這是設(shè)計人員根據(jù)“上升器全程陪同著陸器”的實際想出的妙招，既節(jié)約成本又減輕重量。
二是由于距離月面較近時主發(fā)動機(jī)激起的月塵會污染星敏感器，影響上升器月面起飛，科研人員專門設(shè)計了蓋子，在距離月面一定的高度時把星敏感器的鏡頭蓋起來，待落月之后月塵散去再通知星敏感器把蓋子打開，這一睜一閉之間，著陸器和上升器組合體已經(jīng)順利著陸在月亮之上了。
定向天線
實時傳送遙測數(shù)據(jù)
著陸過程中，38萬公里外的嫦娥五號正經(jīng)歷著什么樣的考驗？所有的訊息，都要通過著陸上升組合體的一口“小鍋”實時傳送遙測數(shù)據(jù)。這個“小鍋”就是定向天線——把探測器上的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛娴陌l(fā)射轉(zhuǎn)換裝置。
專家介紹，從月球把數(shù)據(jù)發(fā)送回地球，通信的距離相比地面手機(jī)通信遠(yuǎn)了幾萬倍，需要采取特殊的對地定向天線發(fā)送數(shù)據(jù)。中國航天科技集團(tuán)五院總體設(shè)計部設(shè)計的定向天線包含了反射面天線輻射器和雙軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)。雙軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)就像人的肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)，驅(qū)動反射天線輻射器靈活轉(zhuǎn)動，確?！靶″仭笔冀K對準(zhǔn)地面。此外，這款反射面天線采用了極致輕量化設(shè)計，相比同類天線減重40%以上，可以說是既輕便又可靠。
本報記者 馮 華 余建斌 喻思南