嫦娥五號(hào)月球采樣返回，是我國(guó)航天領(lǐng)域迄今為止最復(fù)雜、難度最高的任務(wù)之一。由中國(guó)航天科工集團(tuán)有限公司研制的嫦娥五號(hào)交會(huì)對(duì)接微波雷達(dá)，作為探測(cè)器在月球軌道中遠(yuǎn)距離測(cè)量的唯一手段，成功引導(dǎo)探測(cè)器實(shí)現(xiàn)首次月球軌道無(wú)人交會(huì)對(duì)接。該對(duì)接技術(shù)也是嫦娥五號(hào)任務(wù)中“四大關(guān)鍵技術(shù)”之一。

交會(huì)對(duì)接微波雷達(dá)團(tuán)隊(duì)在產(chǎn)品出廠前對(duì)其進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)

看得清 更精準(zhǔn)

月球軌道微波雷達(dá)是一組成對(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(cè)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(kāi)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(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并進(jìn)行雙向空空通信，兩部航天器根據(jù)雷達(dá)提供信號(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。隨后，上升器中的月壤樣品和容器轉(zhuǎn)移。

航天科工二院25所交會(huì)對(duì)接微波雷達(dá)總工程師孫武介紹，此前的載人航天工程任務(wù)中，我國(guó)航天器在近地軌道進(jìn)行過(guò)多次交會(huì)對(duì)接，都應(yīng)用了航天科工的微波雷達(dá)，五戰(zhàn)五捷的表現(xiàn)足以證明，我國(guó)已經(jīng)成功掌握交會(huì)對(duì)接技術(shù)。但不同的是，這次是在距離38萬(wàn)公里之外的月球軌道，難度更大。

“與近地軌道相比，月球軌道沒(méi)有衛(wèi)星導(dǎo)航等服務(wù)資源，微波通信是中遠(yuǎn)距離的唯一手段。月軌環(huán)境更復(fù)雜，要克服月球引力影響，所以自動(dòng)交會(huì)對(duì)接對(duì)微波雷達(dá)提出的要求極為苛刻。為此，微波雷達(dá)團(tuán)隊(duì)攻克了相位干涉儀測(cè)角、大寬角度測(cè)量等關(guān)鍵技術(shù)。”孫武說(shuō)。

其中對(duì)于大寬角度的精確測(cè)量，孫武帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)著實(shí)下了一番大功夫。

因?yàn)殒隙鹞逄?hào)的軌道器和上升器交會(huì)對(duì)接，是體量相差巨大的“大追小”復(fù)雜受力過(guò)程，采用了抱爪式的弱撞擊對(duì)接機(jī)構(gòu)。這樣一來(lái)，需要微波雷達(dá)的測(cè)角精度更高。

“我們采用了創(chuàng)新的誤差補(bǔ)償算法，進(jìn)一步提高了微波雷達(dá)的測(cè)角精度，大幅提升了精準(zhǔn)對(duì)接的勝算。”微波雷達(dá)項(xiàng)目主任設(shè)計(jì)師賀中琴介紹說(shuō)。

此外，裝有對(duì)接用應(yīng)答機(jī)的上升器在落月時(shí)難免形成揚(yáng)塵，這些肉眼不可見(jiàn)的月塵干擾將會(huì)嚴(yán)重降低測(cè)角精度。

為確保安全度過(guò)月球之旅，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)變成‘近視眼’，甚至‘全盲’了。”青年設(shè)計(jì)師紀(jì)博已經(jīng)是第二次參與交會(huì)對(duì)接任務(wù)，說(shuō)起自己的產(chǎn)品，她自豪地打起了比方。

會(huì)說(shuō)話 更可靠

孫武說(shuō)，“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(cè)量“本職工作”的同時(shí)，升級(jí)了航天器之間雙向空空通信的“第二職業(yè)”，從雷達(dá)與應(yīng)答機(jī)之間“一問(wèn)一答”的傳輸方式，升級(jí)至軌道器與上升器之間的“溝通對(duì)話”，實(shí)現(xiàn)了遙控指令和遙測(cè)參數(shù)的雙向傳輸。

“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’。而現(xiàn)在它們不僅自己要通話，還要負(fù)責(zé)上升器和軌道器之間的信息傳遞。”賀中琴說(shuō)。

同時(shí)，在此前“天舟”、“天宮”交會(huì)對(duì)接微波雷達(dá)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)減重一半的基礎(chǔ)上，這次再進(jìn)一步開(kāi)展了輕量化的改進(jìn)。

“交會(huì)對(duì)接雷達(dá)減去的重量比月壤采樣重量還高，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。”孫武感慨。

此次微波雷達(dá)在首次地外天體軌道對(duì)接過(guò)程中的完美表現(xiàn)，與之前載人航天工程的那五次任務(wù)一樣，毫無(wú)懸念、毫無(wú)差錯(cuò)。這也是孫武團(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(guò)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。”臨近執(zhí)行任務(wù)的那段日子，賀中琴很是興奮，她透露，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(wú)線兼容試驗(yàn)驗(yàn)證，它的表現(xiàn)很好。對(duì)賀中琴來(lái)說(shuō)，微波雷達(dá)就像自己的孩子，出征前，她充滿了信心，也充滿了期待，“絕不把任何一點(diǎn)疑惑、缺陷帶上太空”，這才是零缺陷的可靠產(chǎn)品。

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