中國(guó)第一次意識(shí)到月球軌道會(huì)合與38萬(wàn)公里外對(duì)接的親密"攜手"
12月6日清晨，嫦娥五號(hào)升空器與軌道飛行器和再入體組件成功交會(huì)對(duì)接，并將樣本容器安全轉(zhuǎn)移至重返艙。
這是我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)月球軌道交會(huì)對(duì)接，也是首次在月球軌道上實(shí)現(xiàn)無(wú)人交會(huì)對(duì)接。按照計(jì)劃，嫦娥五號(hào)將于12月中下旬返回地球。
負(fù)責(zé)月球取樣和返回的嫦娥五號(hào)探測(cè)器再次成功通過(guò)重要關(guān)口。12月6日5時(shí)42分，嫦娥五號(hào)升空器與軌道器和再入器組合體成功交會(huì)對(duì)接，樣本容器于6時(shí)12分安全轉(zhuǎn)移至再入點(diǎn)。這是我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)月球軌道交會(huì)對(duì)接，也是首次在月球軌道上實(shí)現(xiàn)無(wú)人交會(huì)對(duì)接。
據(jù)國(guó)家航天局月球探測(cè)與航天工程中心副主任、嫦娥五號(hào)任務(wù)發(fā)言人裴兆宇介紹，嫦娥五號(hào)升空器從月球表面成功起飛后進(jìn)入交會(huì)對(duì)接初始軌道，然后在地面測(cè)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程制導(dǎo)下，到達(dá)軌道返回組合體前方和上方預(yù)定的位置。然后，軌道返回組件獨(dú)立實(shí)施短程制導(dǎo)，接近升空器，通過(guò)持爪完成與登月器的月球軌道交會(huì)對(duì)接，最后完成在軌樣本轉(zhuǎn)移。
兩個(gè)航天器太空中的交會(huì)對(duì)接，猶如浩瀚太空中的一根“針線”。中國(guó)航天器的近地軌道交會(huì)對(duì)接已由神舟和天宮多次實(shí)施，但在月球軌道上卻是首次。
專家指出，距離地球38萬(wàn)公里的月球軌道交會(huì)對(duì)接必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成。如果時(shí)間太長(zhǎng)，衛(wèi)星上的能量和熱量控制將無(wú)法支持。此外，月球1/3的軌道有1/3的時(shí)間位于月球背面，月球上空沒(méi)有用于飛機(jī)導(dǎo)航的衛(wèi)星導(dǎo)航星座。為了準(zhǔn)確預(yù)測(cè)兩個(gè)航天器在月球軌道上飛行的位置和速度，達(dá)到要求的交會(huì)對(duì)接精度，對(duì)地基測(cè)控系統(tǒng)和導(dǎo)航控制技術(shù)提出了很高的要求。如果一次失敗，需要2至3天時(shí)間再次組織交會(huì)對(duì)接，很有可能錯(cuò)過(guò)月地轉(zhuǎn)移的返回窗口。
在交會(huì)對(duì)接過(guò)程的短程自主控制階段，地面人員只能“看棋不說(shuō)一句話”。由于月球軌道交會(huì)對(duì)接精度要求達(dá)到厘米級(jí)，地月距離太遠(yuǎn)，這一階段的交會(huì)對(duì)接過(guò)程將由航天器的制導(dǎo)、導(dǎo)航和控制系統(tǒng)來(lái)完成，難度很大。
在近程自主控制階段，制導(dǎo)、導(dǎo)航和控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)整軌道和姿態(tài)。在微波雷達(dá)、激光雷達(dá)和交會(huì)對(duì)接相機(jī)的中繼支持下，軌道返回組件逐漸趕上升降器，直至“手拉手”，雙方保持同一速度飛行。
“與獅子座相比，月球軌道環(huán)境更為復(fù)雜，對(duì)微波雷達(dá)自動(dòng)交會(huì)對(duì)接的要求極為嚴(yán)格。”中國(guó)第二航天科工學(xué)院第二十五研究所總工程師孫武，介紹了我國(guó)航天器多次在近地軌道交會(huì)對(duì)接，微波雷達(dá)已成功應(yīng)用。為了指導(dǎo)月球軌道首次無(wú)人交會(huì)對(duì)接，專門研制了嫦娥五號(hào)微波雷達(dá)。
當(dāng)返回軌道組件與升空距離約100公里時(shí)，微波雷達(dá)已開始工作，連續(xù)向?qū)Ш娇刂谱酉到y(tǒng)提供兩個(gè)航天器之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并進(jìn)行雙向通信。兩個(gè)航天器根據(jù)雷達(dá)提供的信號(hào)調(diào)整飛行姿態(tài)，直到軌道飛行器上的對(duì)接機(jī)構(gòu)捕獲并鎖定升空器。
