“嫦五”軌道器故障預案一項都沒用到

張建松

北京航天飛行控制中心工作人員歡慶勝利。圖片中國軍網

2020年12月17日凌晨，嫦娥五號圓滿完成我國首次地外天體采樣返回任務，返回器攜帶珍貴的月壤樣品，在內蒙古四子王旗預定區域安全著陸。消息傳來，中國航天科技集團八院許多徹夜未眠的科技人員歡呼雀躍?！盀楸ＷC任務順利完成，我們做了35項故障預案，最后一項都沒有用到，這就是最好的結果！”一位科技人員高興地說。

嫦娥五號軌道器由中國航天科技集團八院研制，共配備了39臺發動機，分布在艙體的各個位置。在整個任務階段，軌道器共歷經19個飛行階段、8種飛行姿態及5種不同的構型。

在整個任務飛行過程中，軌道器成功經受了太陽、月球和空間的高低溫交替考驗。溫度最低時，達到零下200多攝氏度，最高時達到了1300多攝氏度。軌道器熱控系統由八院509所研制。

據509所熱控團隊主任設計師趙吉喆介紹，為了讓軌道器既能節約能源“輕裝上陣”，又能應對“時冷時熱”的嚴酷考驗，熱控團隊給軌道器穿上了“智能太空服”，開創性采用了一體輕量化熱設計理念、錯峰補償控溫策略和二次熱防護復合系統。

為了控制設備重量，設計團隊對熱管內部結構進行了優化設計，新研制了微結構熱管，不僅質量更輕，而且傳熱能力增加達130%。團隊還把原本厚度統一的多層隔熱組件，改變為“量體裁衣”，讓每臺設備穿上厚薄不同的“太空服”。

同時，將散熱涂層厚度減小了30%，設計了更輕、更薄的柔性散熱面，通過采用一體化熱設計理念，大大降低了熱控設計的重量。

通過大量的仿真試驗，熱控團隊探索出一套“錯峰補償”的控溫策略。通過對在軌衛星海量運行數據的挖掘，推斷出熱控涂層等材料參數的空間影響因素和性能變化規律，建立準確的溫度場在軌預測模型。

摸準了每臺設備在軌溫度特性后，團隊“對癥下藥”。針對每臺設備提出熱控系統自主管理模式，實現熱控系統在近月制動、交會對接等關鍵階段的用電高峰期時，加熱功耗為零的目標，確保了嫦娥五號有充足的能源完成關鍵任務。在嫦娥五號任務中，軌道器成功完成了地月往返運輸、月球軌道交會對接、樣品容器轉移等重要任務。如果將軌道器比喻為一位首次在月球軌道上成功取件的“太空快遞小哥”，這位“小哥”功成名就的背后，是八院研制團隊長達10年的辛勤付出。為了保證“小哥”在月球軌道上成功取件，研制團隊為它制定了35項故障預案。

據嫦娥五號探測器副總指揮張玉花介紹，為了實現軌道器與上升器“抓得住，抱得緊，轉得穩”的既定目標，研究團隊曾廣泛調研了國內外對接機構的設計。共開展了4種對接方案設計和9種轉移方案設計，上升器“推”、軌道器“移”、返回器“拉”各3種，通過多輪方案比較及關鍵技術攻關，最終確定采用“抱爪式對接機構”，通過增加連桿棘爪式轉移機構，實現對接與自動轉移功能的一體化。這種設計理念世界首創，對接精度達到毫米級。

據嫦娥五號對接與樣品轉移分系統副主任師劉仲介紹，對接與樣品轉移分系統分為主動件和被動件兩個單機。主動件包含3套抱爪機構和2個轉移機構，每套抱爪機構和轉移機構均為獨立驅動，均含有獨立的抱爪驅動機構和轉移驅動機構。3套抱爪機構同步工作完成對接任務，2套轉移機構同步工作完成樣品轉移任務。

“嫦五”發射遠望號測量船。圖片中國軍網

12月6日，軌道器與上升器在環月軌道上交會對接，按計劃在21秒內完成，1秒捕獲，10秒校正，10秒鎖緊，分秒不差，此后順利完成樣品轉移交接?！盀楸ＷC任務順利完成，我們做了35項故障預案，結果一項都沒有用上，這就是最好的結果！”劉仲高興地說。

“天上一分鐘，地上十年功”。通過嫦娥五號發回的視頻，人們看到軌道器與上升器成功對接后，管狀的月壤樣品容器自動從上升器轉移到軌道器。據嫦娥五號探測器副總設計師查學雷介紹，順利完成樣品轉移交接，不僅需要對接機構高精準定位，轉移工作運動平穩、連續、互不干擾、互相配合，更難的是如何在地面進行月球軌道的技術驗證。

為了在地面上開展驗證試驗，八院805所研制團隊構建了整機特性測試臺、性能測試臺、綜合測試臺、熱真空試驗臺四大測試系統，通過不斷地測試、優化，確保自動對接與樣品轉移過程的萬無一失。

◎ 來源| 新華每日電訊