12月6日凌晨，嫦娥五號上升器成功與軌道器和返回器組合體交會對接,，并將樣品容器安全轉(zhuǎn)移至返回器中,。

這是我國首次實(shí)現(xiàn)月球軌道交會對接，也是人類首次在月球軌道進(jìn)行無人交會對接,。按計(jì)劃,，嫦娥五號將于12月中下旬返回地球。

肩負(fù)從月球取樣返回使命的嫦娥五號探測器,，再次順利邁過重要關(guān)口,。12月6日5時42分，嫦娥五號上升器成功與軌道器和返回器組合體交會對接,，并于6時12分將樣品容器安全轉(zhuǎn)移至返回器中,。這是我國首次實(shí)現(xiàn)月球軌道交會對接，也是人類首次在月球軌道進(jìn)行無人交會對接,。

月軌交會對接有多難

像浩瀚太空中的“穿針引線”

據(jù)國家航天局探月與航天工程中心副主任,、嫦娥五號任務(wù)新聞發(fā)言人裴照宇介紹，嫦娥五號上升器從月球表面成功起飛后,，進(jìn)入交會對接初始軌道,，隨之在地面測控系統(tǒng)遠(yuǎn)程導(dǎo)引下，到達(dá)軌返組合體的前方,、上方預(yù)定位置,。隨后，軌返組合體自主實(shí)施近程導(dǎo)引,，靠攏上升器,，用抱爪方式與上升器完成月球軌道交會對接，并最終完成在軌樣品轉(zhuǎn)移,。

兩個航天器在空間的交會對接，好比是浩瀚太空中的“穿針引線”,。我國航天器的近地軌道交會對接由“神舟”和“天宮”進(jìn)行過多次,，但在月球軌道上還是第一次。

專家指出,，此次交會對接在距離地球38萬公里之外的月球軌道,，必須在規(guī)定時間內(nèi)完成，若時間太長,，則星上能源,、熱控將無法支撐。加上月球軌道每圈有1/3的時間位于月球背面,，沒有測控信號,，以及月球上空沒有衛(wèi)星導(dǎo)航星座為飛行器導(dǎo)航,，要精確預(yù)測兩個航天器在月球軌道上飛行的位置和速度，達(dá)到交會對接所需的精度,，對地面測控系統(tǒng)和導(dǎo)航控制技術(shù)都提出了很高要求,。如果一次不成功，重新進(jìn)行交會對接需要2到3天來組織,，有很大風(fēng)險錯過月地轉(zhuǎn)移的返程窗口,。

進(jìn)入交會對接過程的近程自主控制階段，地面人員只能“觀棋不語”,。由于月球軌道的交會對接精度要求是厘米級,，地月之間的距離過于遙遠(yuǎn)，因此這一階段的交會和對接過程將由航天器上的制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)智能自主完成,，技術(shù)難度很大,。

在近程自主控制段，制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)實(shí)時調(diào)整軌道和姿態(tài),，在微波雷達(dá),、激光雷達(dá)和交會對接相機(jī)的接力保障下，軌返組合體一步步追上上升器,，直到可以“牽手”的距離,，之后雙方保持相同速度飛行。

“與近地軌道相比,，月軌環(huán)境更復(fù)雜,，所以自動交會對接對微波雷達(dá)提出的要求極為苛刻?！敝袊教炜乒ざ?5所交會對接微波雷達(dá)總工程師孫武介紹,，我國航天器在近地軌道進(jìn)行過多次交會對接，都成功應(yīng)用了微波雷達(dá),。這次為了引導(dǎo)首次月球軌道無人交會對接,，又專門研制了嫦娥五號交會對接微波雷達(dá)。

當(dāng)軌返組合體,、上升器相距約100公里時,，微波雷達(dá)已開始工作，不斷為導(dǎo)航控制分系統(tǒng)提供兩航天器之間的相對運(yùn)動參數(shù),，并進(jìn)行雙向通信,，兩航天器根據(jù)雷達(dá)提供信號調(diào)整飛行姿態(tài)，直至軌道器上的對接機(jī)構(gòu)捕獲并鎖定上升器,。

怎樣確保“牽手”成功

首創(chuàng)抱爪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念

在月球軌道上,，軌返組合體重達(dá)2.3噸左右，怎樣順利和重量400公斤左右的上升器在交會后緊緊“牽手”？

中國航天科技集團(tuán)的專家介紹,，和我國已掌握的地球軌道交會對接采用的小星追大星,、弱撞擊的方式實(shí)現(xiàn)對接不同，嫦娥五號軌返組合體追上升器屬于大星追小星,，用撞擊的方式對接可能會把上升器撞飛,。所以，嫦娥五號采用的?？丶幼ト〉姆绞?，就是在軌返組合體追上上升器并以相同速度飛行過程中，從后面“伸手”牽過上升器之后拉緊,，實(shí)現(xiàn)對接,。這個過程中，軌返組合體稍有不慎就會將身姿輕盈的上升器撞飛,。這需要軌返組合體對于速度,、位置和微重力環(huán)境、熱環(huán)境都有極為細(xì)致的把握,，用極高的控制精度來保證任務(wù)完成,。

為了緊密“牽手”，軌返組合體身上安裝了3個對接機(jī)構(gòu)主動件,，也就是“抱爪”,，在運(yùn)動過程中完全貼近上升器，并將上升器拉入懷中,，完成“抱緊式”交會對接,。

“抱爪機(jī)構(gòu)具有重量輕、捕獲可靠,、結(jié)構(gòu)簡單,、對接精度高等優(yōu)點(diǎn)。我們在嫦娥五號上采用了抱爪式對接機(jī)構(gòu),，通過增加連桿棘爪式轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu),，實(shí)現(xiàn)了對接與自動轉(zhuǎn)移功能的一體化，這些設(shè)計(jì)理念都算是首創(chuàng),?！敝袊教炜萍技瘓F(tuán)八院嫦娥五號探測器副總指揮張玉花說。

“所謂的抱爪,，就像我們手握棍子的動作，兩個方向一用力,，就可以把棍子牢牢地握在手中,。”嫦娥五號軌道器技術(shù)副總負(fù)責(zé)人胡震宇說，探測器采用的對接機(jī)構(gòu)就是由3套抱爪構(gòu)成,，當(dāng)上升器靠近時,，只要對準(zhǔn)連接面上的3根連桿，將抱爪收緊,，就可以實(shí)現(xiàn)兩器的緊密連接,。

軌返組合體和上升器對接完成后，還要進(jìn)行一個重要動作,，就是將上升器上裝有月壤的樣品容器轉(zhuǎn)移到返回器,，并穩(wěn)穩(wěn)固定在樣品艙。

在載人航天飛行任務(wù)中,，當(dāng)神舟飛船和天宮實(shí)驗(yàn)室對接后,，有足夠的通道空間供航天員穿艙而過。月球樣品雖小,，但轉(zhuǎn)移的通道和進(jìn)入的容器也十分狹小,。如此小的一個動作，在過去人類航天歷史上并沒有出現(xiàn)過,。

捕獲,、收攏、轉(zhuǎn)移,，看似簡單的過程,，但在38萬公里之外高速運(yùn)行的航天器上實(shí)現(xiàn)并不簡單。對接機(jī)構(gòu)與樣品轉(zhuǎn)移分系統(tǒng)技術(shù)負(fù)責(zé)人劉仲說,，光是故障預(yù)案就做了35項(xiàng),。

交會對接后干什么

采取半彈道跳躍式辦法返回

12月6日12時35分，嫦娥五號軌道器和返回器組合體與上升器成功分離,，進(jìn)入環(huán)月等待階段,，準(zhǔn)備擇機(jī)返回地球。按計(jì)劃,，嫦娥五號將于12月中下旬返回地球,。

在我國歷次探月任務(wù)中，有過航天器在月球軌道上長期飛行,，或是最后完全脫離月球引力場去更遠(yuǎn)的星際空間,。從月球軌道上回到地球則是第一次。

專家指出,，精確設(shè)計(jì)返回軌道是嫦娥五號返回器順利著陸在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定著陸點(diǎn)的關(guān)鍵保障,。而對擔(dān)負(fù)搜尋回收嫦娥五號返回器任務(wù)的地面測控與回收系統(tǒng)來說，為了始終能“看見”航天器和月球,，也要通過深空測控站,、中繼衛(wèi)星和大洋上的航天測量船,，實(shí)現(xiàn)全天候?qū)︽隙鹞逄柕年P(guān)注。

當(dāng)嫦娥五號軌道器攜返回器由月球向地球呼嘯而來,，在接近地球大約5000公里高度時會將返回器釋放出來,。隨后返回器將獨(dú)自以每秒約11公里的第二宇宙速度返回地球，比從近地軌道返回地面的神舟載人飛船返回艙要快得多,。

為了解決減速難題,，科技人員設(shè)計(jì)了半彈道跳躍式返回的辦法。當(dāng)返回器進(jìn)入地球大氣層后,，經(jīng)過減速,，將再次跳出大氣層，隨后再進(jìn)行第二次進(jìn)入大氣層,。通過這種方式,，進(jìn)入地球大氣層的返回器速度就將從十幾公里每秒降低到七點(diǎn)幾公里每秒，從而達(dá)到安全降落地面的目的,。