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微波雷达助力嫦娥五号轨道器和上升器“太空牵手”

微波雷达助力嫦娥五号轨道器和上升器“太空牵手”
2020-12-06 06:45:41 澎湃新闻

原标题:微波雷达助力嫦娥五号轨道器和上升器“太空牵手”

嫦娥五号月球采样返回,是我国航天领域迄今为止最复杂、难度最高的任务。

由中国航天科工集团有限公司研制的嫦娥五号交会对接微波雷达,作为探测器在月球轨道中远距离测量的唯一手段,成功引导探测器实现首次月球轨道无人交会对接。

该对接技术是嫦娥五号任务中“四大关键技术”之一。

看得清,更精准

月球轨道微波雷达是一组成对产品,由雷达主机和应答机组成,分别安装在嫦娥五号探测器的轨道器和上升器上。

当轨道器、上升器相距约100km时,微波雷达开始工作,不断为导航控制分系统提供两航天器之间的相对运动参数,并进行双向空空通信,两航天器根据雷达提供信号调整飞行姿态,直至轨道器上的对接机构捕获、锁定上升器。随后,上升器中的月壤样品和容器转移。

中国航天科工二院25所交会对接微波雷达总工程师孙武介绍,此前的载人航天工程任务中,我国航天器在近地轨道进行过多次交会对接,都应用了航天科工的微波雷达,五战五捷的表现足以证明我国已经成功掌握交会对接技术。

但不同的是,这次是在距离38万公里之外的月球轨道,难度更大。

“与近地轨道相比,月球轨道没有卫星导航等服务资源,微波通信是中远距离的唯一手段。月轨环境更复杂,要克服月球引力影响,所以自动交会对接对微波雷达提出的要求极为苛刻。为此,微波雷达团队攻克了相位干涉仪测角、大宽角度测量等关键技术。”孙武重点强调了微波雷达产品应对月球轨道环境的新变化。

其中对于大宽角度的精确测量,孙武带领团队着实下了一番大功夫。

因嫦娥五号的轨道器和上升器交会对接,是体量相差巨大的“大追小”复杂受力过程,采用了抱爪式的弱撞击对接机构。

这样一来,需要微波雷达的测角精度更高。

“我们采用了创新的误差补偿算法,进一步提高了微波雷达的测角精度,大幅提升了精准对接的胜算。”微波雷达项目主任设计师贺中琴介绍说。

此外,装有对接用应答机的上升器在落月时难免形成扬尘,这些肉眼不可见的月尘干扰将会严重降低测角精度。

为确保安全度过月球之旅,应答机上安装了特殊材料的防尘罩,“就像给‘千里眼’戴上了‘护目镜’, ‘嫦娥’的这双‘千里眼’,就不会变成‘近视眼’,甚至‘全盲’了。”青年设计师纪博已经是第二次参与交会对接任务,说起自己的产品,她自豪与兴奋地打起了比方。

会说话,更可靠

孙武说,“我们为这次交会对接打造的,不仅是‘千里眼’,还是‘顺风耳’,升级后的它更小巧、更强大、更可靠。”

微波雷达在保证交会对接测量“本职工作”的同时,升级了航天器之间双向空空通信的“第二职业”,从雷达与应答机之间“一问一答”的传输方式,升级至轨道器与上升器之间的“沟通对话”,实现了遥控指令和遥测参数的双向传输。

“以前就像老师上课点名,雷达发消息,应答机答‘到’。而现在它们不仅自己要通话,还要负责上升器和轨道器之间的信息传递。”贺中琴说。

同时,在此前“天舟”、“天宫”交会对接微波雷达已经实现减重一半的基础上,这次再进一步开展了轻量化的改进。

“交会对接雷达减去的重量比月壤采样重量还高,哪怕一克的重量减轻,对月壤采样任务的意义都是巨大的。”孙武感慨。

此次微波雷达在首次地外天体轨道对接过程中的完美表现,与之前载人航天工程的那五次任务一样,毫无悬念、毫无差错。这也是孙武团队对产品质量“零缺陷”的坚持,对“一次成功”的诠释。

每一步的成长记录、每一帧的拍照留存,实现了百分百的过程可追溯;反复的测试迭代和全覆盖的试验验证,确保产品功能、性能的方方面面万无一失。

“这没有捷径,‘固化两头,严控过程’是最有效的办法。”孙武说,“任务不完成,‘双想’不停止。只要一天还没发射,我们就要不断‘预想’、仔细‘回想’。”

“经过七项单机试验、三项分系统试验和五项系统试验的充分验证,我们和它都做好了充分的准备。”临近执行任务的那段日子,贺中琴很是兴奋。

她透露,“针对月球轨道的特殊应用,与前几次相比增加了抗月尘试验、抗干扰试验和交会对接无线兼容试验验证,它的表现很好。”对贺中琴来说,微波雷达就像自己的孩子,出征前,她充满了信心,也充满了期待。

“绝不把任何一点疑惑、缺陷带上太空”,这才是零缺陷的可靠产品。

中国航天科工交会对接微波雷达在月球轨道的完美表现,见证了我国首次在地外天体实现无人交会对接技术。

正如孙武所说,“我们已整装待发,向月球进发,向更遥远的深空进发,向更广阔的领域进发!”

来源:微信公号“中国航天报”

(责任编辑:李皓 CN002)
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