嫦娥五號月球采樣返回，是我國航天領域迄今為止最復雜、難度最高的任務。12月6日5時42分，嫦娥五號上升器成功與軌道器返回器組合體交會對接，并于6時12分將月球樣品容器安全轉(zhuǎn)移至返回器中。該對接技術是嫦娥五號任務中“四大關鍵技術”之一。
由中國航天科工集團有限公司研制的嫦娥五號交會對接微波雷達，作為探測器在月球軌道中遠距離測量的核心手段，成功引導探測器實現(xiàn)首次月球軌道無人交會對接。
圖為航天科技人員在北京航天飛行控制中心指揮大廳監(jiān)測嫦娥五號上升器與軌道器返回器組合體交會對接情況。新華社記者 金立旺攝
“千里眼” 看得清 更精準
中國航天科工二院25所研制的微波雷達是成對產(chǎn)品，由雷達主機和應答機組成，分別安裝在嫦娥五號探測器的軌道器和上升器上。
當軌道器、上升器相距約100km時，微波雷達開始工作，不斷為導航控制分系統(tǒng)提供兩航天器之間的相對運動參數(shù)，并進行雙向空空通信，兩航天器根據(jù)雷達提供信號調(diào)整飛行姿態(tài)，直至軌道器上的對接機構(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。
中國航天科工二院25所交會對接微波雷達總工程師孫武介紹，此前的載人航天工程任務中，我國航天器在近地軌道進行過多次交會對接，都應用了航天科工的微波雷達，五戰(zhàn)五捷的表現(xiàn)足以證明我國已經(jīng)成功掌握交會對接技術。
但不同的是，這次是在距離38萬公里之外的月球軌道，難度更大。
“與近地軌道相比，月球軌道沒有衛(wèi)星導航等服務資源，微波通信是中遠距離的唯一手段。月軌環(huán)境更復雜，要克服月球引力影響，所以自動交會對接對微波雷達提出的要求極為苛刻。為此，微波雷達團隊攻克了相位干涉儀測角、大寬角度測量等關鍵技術。”孫武重點強調(diào)了微波雷達產(chǎn)品應對月球軌道環(huán)境的新變化。
其中對于大寬角度的精確測量，孫武帶領團隊著實下了一番大功夫。
因嫦娥五號的軌道器和上升器交會對接，是體量相差巨大的“大追小”復雜受力過程，采用了抱爪式的弱撞擊對接機構(gòu)。這樣一來，需要微波雷達的測角精度更高。
“我們采用了創(chuàng)新的誤差補償算法，進一步提高了微波雷達的測角精度，大幅提升了精準對接的勝算。”微波雷達項目主任設計師賀中琴介紹說。
此外，裝有對接用應答機的上升器在落月時難免形成揚塵，這些肉眼不可見的月塵干擾將會嚴重降低測角精度。
為確保安全度過月球之旅，應答機上安裝了特殊材料的防塵罩，“就像給‘千里眼’戴上了‘護目鏡’，‘嫦娥’的這雙‘千里眼’，就不會變成‘近視眼’，甚至‘全盲’了。”青年設計師紀博已經(jīng)是第二次參與交會對接任務，說起自己的產(chǎn)品，她自豪與興奮地打起了比方。
“順風耳”會說話 更可靠
孫武說，“我們?yōu)檫@次交會對接打造的，不僅是‘千里眼’，還是‘順風耳’，升級后的它更小巧、更強大、更可靠。”
微波雷達在保證交會對接測量“本職工作”的同時，升級了航天器之間雙向空空通信的“第二職業(yè)”，從雷達與應答機之間“一問一答”的傳輸方式，升級至軌道器與上升器之間的“溝通對話”，實現(xiàn)了遙控指令和遙測參數(shù)的雙向傳輸。
“以前就像老師上課點名，雷達發(fā)消息，應答機答‘到’。而現(xiàn)在它們不僅自己要通話，還要負責上升器和軌道器之間的信息傳遞。”賀中琴說。
同時，在此前“天舟”、“天宮”交會對接微波雷達已經(jīng)實現(xiàn)減重一半的基礎上，這次再進一步開展了輕量化的改進。
“交會對接雷達減去的重量比月壤采樣重量還高，哪怕一克的重量減輕，對月壤采樣任務的意義都是巨大的。”孫武感慨。
此次微波雷達在首次地外天體軌道對接過程中的完美表現(xiàn)，與之前載人航天工程的那五次任務一樣，毫無懸念、毫無差錯。這也是孫武團隊對產(chǎn)品質(zhì)量“零缺陷”的堅持，對“一次成功”的詮釋。
每一步的成長記錄、每一幀的拍照留存，實現(xiàn)了百分百的過程可追溯；反復的測試迭代和全覆蓋的試驗驗證，確保產(chǎn)品功能、性能的方方面面萬無一失。
“這沒有捷徑，‘固化兩頭，嚴控過程’是最有效的辦法。” 孫武說，“任務不完成，‘雙想’不停止。只要一天還沒發(fā)射，我們就要不斷‘預想’、仔細‘回想’。”
“經(jīng)過七項單機試驗、三項分系統(tǒng)試驗和五項系統(tǒng)試驗的充分驗證，我們和它都做好了充分的準備。”臨近執(zhí)行任務的那段日子，賀中琴很是興奮。
她透露，“針對月球軌道的特殊應用，與前幾次相比增加了抗月塵試驗、抗干擾試驗和交會對接無線兼容試驗驗證，它的表現(xiàn)很好。” 對賀中琴來說，微波雷達就像自己的孩子，出征前，她充滿了信心，也充滿了期待。
“絕不把任何一點疑惑、缺陷帶上太空”，這才是零缺陷的可靠產(chǎn)品。
中國航天科工交會對接微波雷達在月球軌道的完美表現(xiàn)，見證了我國首次在地外天體實現(xiàn)無人交會對接技術。
正如孫武所說，“我們已整裝待發(fā)，向月球進發(fā)，向更遙遠的深空進發(fā)，向更廣闊的領域進發(fā)！”