揭秘保障嫦娥五號“繞、落、回”的幾大神器

【環球時報-環球網報道  記者 劉揚  通訊員 李喬】2020年12月17日，嫦娥五號探測器搭載長征五號火箭圓滿完成我國首次月球採樣返回任務。其中，航天科工集團二院（以下簡稱二院）自主研製的多項技術產品為嫦娥五號“繞、落、回”不同階段提供全面保障，助力我國開啓深空探測新徵程。

測量雷達打造飛天觀測第一雙眼

在長征五號運載火箭帶着焰尾拔地而起的幾分鐘內，兩部固定式脈衝測量雷達快速採集着火箭的飛行信息，確保指控中心能第一時間掌握全局，做好安控。

這是雷達測量的第一棒。從點火的那一刻開始，探測雷達像兩雙“鷹眼”，緊盯火箭飛行。這兩部測量雷達主要用於運載火箭發射上升段的外彈道測量，為發射場指控中心實時提供火箭距離、方位、俯仰等精確座標信息和徑向速度數據，一旦火箭飛行出現偏移軌道的狀況，即刻就能發現。

因為不受雨雪颱風等天氣因素影響，在火箭飛行觀測的初始階段，它們是扛大樑的。測量雷達先後圓滿完成長征七號、長征五號首飛等數十次飛行任務，為嫦娥五號飛行保駕工作奠定紮實基礎。

聲表面波高可靠保障順利升空

在此次任務中，二院23所自主研發的聲表面波濾波器同時安裝在嫦娥五號及搭載飛行的長征五號火箭中，主要應用在測控、應答機等分系統，全力保障嫦娥五號信號接收、過濾雜波，以及各分系統信號接收、處理的有效進行。

航天器發射中一旦有了信號干擾，地面接收到的信息就好比接聽串了線的電話。聲表面波濾波器能夠輕鬆過濾掉“高次諧波、鏡像信息、發射漏泄信號以及各類寄生雜波干擾”等各種干擾信號，發射場指控中心可以清晰接收準確信號。

為了濾除無用的信號干擾，更好助力嫦娥五號進行太空觀測，確保與地面中心的信號暢通，23所對每一個濾波器精雕細琢，聲表濾波器的最細線條寬度達到0.3um，相當於頭髮絲直徑的1/200，每一個合格的高可靠性聲表面波器件，都要高倍顯微鏡下“過關斬將”並至少經歷3次超聲波或等離子清洗，保證了元器件可靠性。

晶體元器件穩住精準探月脈搏

嫦娥五號的頻率信號如同人體的脈搏，脈搏的穩定是她穩定正常工作的前提。

據記者瞭解，二院203所研製生產的數百隻自主可控晶體元器件，作為嫦娥五號中電子設備的心臟，牢牢穩住嫦娥飛行的脈搏。包括晶體振盪器、石英諧振器等在內的多種型號晶體元器件為工程的發射、測控、在軌飛行、採樣、返回等提供了穩定、可靠的頻率信號。

據研製單位介紹，某型高性能時鐘晶體振盪器是已經大量應用到我國探月工程的“功勳”產品。嫦娥五號中它再次成為多面手，從充當“千里眼和順風耳”的通訊設備、控制嫦娥精準着陸的控制系統，到拍攝“廣寒宮”的光學電子設備、控制嫦娥採樣返回的控制系統，處處都有它忙碌的身影，全力保障嫦娥五號在遙遠的太空中“控得住”、“採好樣”、“返得回”。

為嫦娥系列研製的抗衝擊温補晶體振盪器，具有頻率準確、耐受衝擊的特點。此次嫦娥五號使用了數只這樣高精度的抗衝擊温補晶體振盪器，這些温補晶體振盪器都是處於“關鍵崗位”，它們的輸出信號頻譜乾淨，為嫦娥衞星信標機提供精準信號，同時還可以承受住1500g衝擊，為最終定位提供精準信號，保證“嫦娥”平安回家。

另一型高精度温補晶體振盪器，是頻率控制的“大咖”，它可以輸出更加精準穩定的頻率信號。經過進一步設計和工藝攻關後，能夠大幅提高嫦娥五號的性能指標和可靠性以及頻率穩定度，温度工作範圍提高了近一倍，並具有良好的環境適應性。

微波雷達確保月壤採樣安全轉移

依託首次月壤採樣返回任務，二院相關單位研製的交會對接微波雷達首次實現月球軌道應用。這一月球軌道交會對接微波雷達是實現月球軌道交會對接和月壤轉移的關鍵設備，用於嫦娥五號軌道器和上升器之間相對位置與相對姿態的精確測量，同時實現雙向空空通信，引導兩個航天器最終實現月球軌道交會對接，保證月壤採樣安全轉移。

不同於地球軌道交會對接，微波雷達在月球軌道交會對接是遠距離測量的唯一手段，也是保證上升器在環月軌道和軌道器對接並把月壤樣品轉移到軌道器的關鍵。

火箭發射後，微波雷達隨嫦娥五號探測器飛行約7天到達月球軌道，隨後雷達主機及天線隨軌返組合體（軌道器+返回器）環月飛行，應答機主機及應答機天線隨着上組合體（着陸器+上升器）落月完成月壤採樣。之後上升器從月面起飛進入環月軌道，開始月球軌道交會對接。微波雷達在交會對接階段工作，從約100km處開機工作，為導航控制分系統提供軌道器與上升器間的相對運動參數，同時進行雙向空空通信，直至對接機構捕獲鎖定上升器，將上升器中的月壤樣品和容器轉移到返回器。

高效護佑返回器平安回家

在嫦娥五號返回器返回過程中，二院23所研製的兩部測量雷達承擔了高精度測量任務，併為指控中心提供實時測量數據，為前方搜救提供有效的目標落點數據。

距離落區較遠的雷達主要用於黑障區至地面的跟蹤測量，該所研製人員根據十多年神舟系列飛船返回任務保駕工作經驗，着重針對黑障區內返回器對雷達存在隱身現象做了充分準備，實時上報測量數據並預報返回艙着陸點，為飛船平安着陸後第一時間搜救打下堅實基礎；回收任務最末端的跟蹤測量雷達從返回器開傘後開始對目標進行測量，返回器進入返回軌道末端後，該雷達通過無源定位體制實現對返回器從開傘後至落地階段的高精度定位，並提供全天時全天候的測量保障，為落點預報和返回器搜救提供了及時準確的數據信息。

據環球時報-環球網記者瞭解，當嫦娥五號返回器在預定地點着陸後，搬運外骨骼助力回收大隊成功搜救返回器。搬運外骨骼包含上肢助力模塊和下肢助力模塊，負載能力達50公斤，通過電動直驅助力模塊及智能步態分析算法，配合人體上下肢關節發力，降低人體能耗，同時為穿戴者提供了上肢臂力、腰肌及臀大肌助力，在負重搬運機動時可省力約60%，幫助穿戴者承擔更大載荷。

此次任務中，兩名身穿外骨骼的搜救回收隊員攜帶搜救設備從直升機降落點快速機動至返回器着陸點，並在返回器旁插上一面鮮豔的五星紅旗。與此同時，搬運外骨骼還協助搜救回收大隊在返回器周邊快速搭建應急通訊、照明及電力保障體系，確保搜救回收任務快速、安全、高效完成，為整個嫦娥五號探月任務收官劃上圓滿句號。