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  • 嫦娥五号背后的故事:三十五项故障预案一项都没用到

      12月17日凌晨,嫦娥五号圆满完成我国首次地外天体采样返回任务,返回器携带珍贵的月壤样品,在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆。消息传来,中国航天科技集团八院许多彻夜未眠的科技人员欢呼雀跃。“为保证任务顺利完成,我们做了35项故障预案,最后一项都没有用到,这就是最好的结果!”一位科技人员高兴地说。  

      “轻装上阵”背后的智能太空服

      北京时间12月17日凌晨1时许,北京航天飞行控制中心通过地面测控站,向嫦娥五号轨道器和返回器组合体注入高精度导航参数。此后,轨道器与返回器在距南大西洋海平面高约5000公里处,正常解锁分离,轨道器按计划完成规避机动。

      嫦娥五号轨道器由中国航天科技集团八院研制,共配备了39台发动机,分布在舱体的各个位置。在整个任务阶段,轨道器共历经19个飞行阶段、8种飞行姿态及5种不同的构型。

      在整个任务飞行过程中,轨道器成功经受了太阳、月球和空间的高低温交替考验。温度最低时,达到零下二百多摄氏度,最高时达到了1300多摄氏度。轨道器热控系统由八院509所研制。

      据509所热控团队主任设计师赵吉喆介绍,为了让轨道器既能节约能源“轻装上阵”,又能应对“时冷时热”的严酷考验,热控团队给轨道器穿上了“智能太空服”,开创性采用了一体轻量化热设计理念、错峰补偿控温策略和二次热防护复合系统。

      为了控制设备重量,设计团队对热管内部结构进行了优化设计,新研制了微结构热管,不仅质量更轻,而且传热能力增加达130%。团队还把原本厚度统一的多层隔热组件,改变为“量体裁衣”,让每台设备穿上厚薄不同的“太空服”。

      同时,将散热涂层厚度减小了30%,设计了更轻、更薄的柔性散热面,通过采用一体化热设计理念,大大降低了热控设计的重量。

      通过大量的仿真试验,热控团队探索出一套“错峰补偿”的控温策略。通过对在轨卫星海量运行数据的挖掘,推断出热控涂层等材料参数的空间影响因素和性能变化规律,建立准确的温度场在轨预测模型。

      摸准了每台设备在轨温度特性后,团队“对症下药”。针对每台设备提出热控系统自主管理模式,实现热控系统在近月制动、交会对接等关键阶段的用电高峰期时,加热功耗为零的目标,确保了嫦娥五号有充足的能源完成关键任务。

      专家们表示,这些热控的新技术、新理念,不仅成功为嫦娥五号保驾护航,今后还可望应用于遥感、深空探测等更多领域。

      “月轨取件”背后的35项故障预案

      在嫦娥五号任务中,轨道器成功完成了地月往返运输、月球轨道交会对接、样品容器转移等重要任务。如果将轨道器比喻为一位首次在月球轨道上成功取件的“太空快递小哥”,这位“小哥”功成名就的背后,是八院研制团队长达十年的辛勤付出。为了保证“小哥”在月球轨道上成功取件,傲世皇朝注册,研制团队为它制定了35项故障预案。

      据嫦娥五号探测器副总指挥张玉花介绍,为了实现轨道器与上升器“抓得住,抱得紧,转得稳”的既定目标,研究团队曾广泛调研了国内外对接机构的设计。共开展了4种对接方案设计和9种转移方案设计,上升器“推”、轨道器“移”、返回器“拉”各3种,通过多轮方案比较及关键技术攻关,最终确定采用“抱爪式对接机构”,通过增加连杆棘爪式转移机构,实现对接与自动转移功能的一体化。这种设计理念世界首创,对接精度达到毫米级。

      据嫦娥五号对接与样品转移分系统副主任师刘仲介绍,对接与样品转移分系统分为主动件和被动件两个单机。主动件包含3套抱爪机构和2个转移机构,每套抱爪机构和转移机构均为独立驱动,均含有独立的抱爪驱动机构和转移驱动机构。3套抱爪机构同步工作完成对接任务,2套转移机构同步工作完成样品转移任务。通过周密计算,技术指标一步步分解到单机下属的各个部组件。

      12月6日,轨道器与上升器在环月轨道上交会对接,按计划在21秒内完成,1秒捕获,10秒校正,10秒锁紧,分秒不差,此后顺利完成样品转移交接。“为保证任务顺利完成,我们做了35项故障预案,结果一项都没有用上,这就是最好的结果!”刘仲高兴地说。

      成功背后的661次对接和518次样品转移试验

      “天上一分钟、地上十年功”。通过嫦娥五号发回的视频,人们看到轨道器与上升器成功对接后,管状的月壤样品容器自动从上升器转移到轨道器。这一过程看似简单,实则也很复杂。