微波雷達(dá)引導(dǎo)嫦娥五號(hào)實(shí)現(xiàn)“太空牽手” 我國首次在地外天體實(shí)現(xiàn)無人交會(huì)對(duì)接技術(shù)

嫦娥五號(hào)月球采樣返回，是我國航天領(lǐng)域迄今為止最復(fù)雜、難度最高的任務(wù)。6日，中國航天科工集團(tuán)有限公司第二研究院25所研制的嫦娥五號(hào)交會(huì)對(duì)接微波雷達(dá)，作為中遠(yuǎn)距離測量的唯一手段，成功引導(dǎo)首次月球軌道無人交會(huì)對(duì)接。該對(duì)接技術(shù)是任務(wù)中“四大關(guān)鍵技術(shù)”之一，更是中國首次乃至人類首次的技術(shù)創(chuàng)新。此次關(guān)鍵任務(wù)的核心產(chǎn)品——交會(huì)對(duì)接微波雷達(dá)，在全世界的目光中，表現(xiàn)完美。

給嫦娥五號(hào)裝上微波雷達(dá)“千里眼”

25所研制的微波雷達(dá)是成對(duì)產(chǎn)品，由雷達(dá)主機(jī)和應(yīng)答機(jī)組成，分別安裝在嫦娥五號(hào)探測器的軌道器和上升器上。當(dāng)軌道器、上升器相距約100公里時(shí)，微波雷達(dá)開始工作，不斷提供兩航天器之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并進(jìn)行雙向空空通信，軌道器和上升器會(huì)根據(jù)雷達(dá)提供的信號(hào)調(diào)整飛行姿態(tài)，直至軌道器上的對(duì)接機(jī)構(gòu)捕獲、鎖定上升器。這個(gè)過程中，微波雷達(dá)就像軌道器和上升器上的“眼睛”，讓它們能互相“看到”對(duì)方位置。

據(jù)微波雷達(dá)總工程師孫武介紹，在此前的載人航天工程任務(wù)中，我國航天器在近地軌道進(jìn)行過多次交會(huì)對(duì)接，都應(yīng)用了25所微波雷達(dá)，實(shí)現(xiàn)了五戰(zhàn)五捷的佳績。

但此次在距離地球38萬公里之外的月球軌道開展交會(huì)對(duì)接，難度與此前不可同日而語。“與近地軌道相比，月球軌道沒有衛(wèi)星導(dǎo)航等服務(wù)，微波通信是中遠(yuǎn)距離的唯一手段。而且月軌環(huán)境更復(fù)雜，要克服月球引力影響，所以對(duì)微波雷達(dá)提出更為苛刻的要求。為此，25所攻克了相位干涉儀測角、大寬角度測量等關(guān)鍵技術(shù)。”孫武說。

因嫦娥五號(hào)的軌道器和上升器體量相差巨大，二者的交會(huì)對(duì)接是“大追小”的復(fù)雜受力過程。要實(shí)現(xiàn)二者“手拉手”，對(duì)微波雷達(dá)的測角精度要求更高。

微波雷達(dá)項(xiàng)目的主任設(shè)計(jì)師賀中琴介紹，微波雷達(dá)主要作用在100公里到20米的中遠(yuǎn)程范圍，精度的提高使得兩個(gè)航天器距離20米時(shí)，上升器對(duì)接機(jī)構(gòu)的鎖定圓面，半徑縮小好幾厘米，大幅提升了精準(zhǔn)對(duì)接的勝算。

此外，上升器在落月時(shí)難免形成揚(yáng)塵，這些干擾將會(huì)嚴(yán)重降低測角精度。為確保安全度過月球之旅，25所設(shè)計(jì)師在應(yīng)答機(jī)上安裝了特殊材料的防塵罩，“就像給‘千里眼’戴上了‘護(hù)目鏡’，‘嫦娥’的這雙‘千里眼’，就不會(huì)被灰塵干擾。”青年設(shè)計(jì)師紀(jì)博解釋說。

微波雷達(dá)“減肥”數(shù)公斤并增添“順風(fēng)耳”功能

孫武說：“我們?yōu)檫@次交會(huì)對(duì)接打造的不僅是‘千里眼’，還是‘順風(fēng)耳’，升級(jí)后的它更小巧、更強(qiáng)大、更可靠。”

微波雷達(dá)在保證交會(huì)對(duì)接測量“本職工作”的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了遙控指令和遙測參數(shù)在航天器之間的雙向傳輸，使得軌道器與上升器之間可以進(jìn)行“溝通對(duì)話”。

“以前就像老師上課點(diǎn)名，雷達(dá)發(fā)消息，應(yīng)答機(jī)答‘到’。但現(xiàn)在不僅要點(diǎn)名，雷達(dá)和應(yīng)答機(jī)之間還要負(fù)責(zé)上升器和軌道器之間的信息傳遞。”賀中琴說。

此前，“天舟”“天宮”交會(huì)對(duì)接所使用的微波雷達(dá)已實(shí)現(xiàn)減重一半，這次嫦娥五號(hào)任務(wù)，微波雷達(dá)再次“減肥”數(shù)公斤。

“這相當(dāng)于月壤采樣重量的2倍，哪怕一克的重量減輕，對(duì)月壤采樣任務(wù)的意義，都是巨大的。”孫武說。

25所此次微波雷達(dá)在對(duì)接過程中的完美表現(xiàn)，也是孫武團(tuán)隊(duì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量“零缺陷”的堅(jiān)持，對(duì)“一次成功”的詮釋。“經(jīng)過七項(xiàng)單機(jī)試驗(yàn)、三項(xiàng)分系統(tǒng)試驗(yàn)和五項(xiàng)系統(tǒng)試驗(yàn)的充分驗(yàn)證，我們和它都做好了充分的準(zhǔn)備。”賀中琴透露，“針對(duì)月球軌道的特殊應(yīng)用，與前幾次相比增加了抗月塵試驗(yàn)、抗干擾試驗(yàn)和交會(huì)對(duì)接無線兼容試驗(yàn)驗(yàn)證，它的表現(xiàn)很好。”

此次，我國首次在地外天體實(shí)現(xiàn)無人交會(huì)對(duì)接技術(shù)。在交會(huì)對(duì)接微波雷達(dá)引導(dǎo)下，嫦娥五號(hào)成功實(shí)現(xiàn)“太空牽手”。孫武心情激動(dòng)：“我們已整裝待發(fā)，向月球進(jìn)發(fā)!向更遙遠(yuǎn)的深空進(jìn)發(fā)!向更廣闊的領(lǐng)域進(jìn)發(fā)。”(詹媛)