“嫦五”轨道器故障预案一项都没用到

张建松

北京航天飞行控制中心工作人员欢庆胜利。图片中国军网

2020年12月17日凌晨，嫦娥五号圆满完成我国首次地外天体采样返回任务，返回器携带珍贵的月壤样品，在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆。消息传来，中国航天科技集团八院许多彻夜未眠的科技人员欢呼雀跃。“为保证任务顺利完成，我们做了35项故障预案，最后一项都没有用到，这就是最好的结果！”一位科技人员高兴地说。

嫦娥五号轨道器由中国航天科技集团八院研制，共配备了39台发动机，分布在舱体的各个位置。在整个任务阶段，轨道器共历经19个飞行阶段、8种飞行姿态及5种不同的构型。

在整个任务飞行过程中，轨道器成功经受了太阳、月球和空间的高低温交替考验。温度最低时，达到零下200多摄氏度，最高时达到了1300多摄氏度。轨道器热控系统由八院509所研制。

据509所热控团队主任设计师赵吉喆介绍，为了让轨道器既能节约能源“轻装上阵”，又能应对“时冷时热”的严酷考验，热控团队给轨道器穿上了“智能太空服”，开创性采用了一体轻量化热设计理念、错峰补偿控温策略和二次热防护复合系统。

为了控制设备重量，设计团队对热管内部结构进行了优化设计，新研制了微结构热管，不仅质量更轻，而且传热能力增加达130%。团队还把原本厚度统一的多层隔热组件，改变为“量体裁衣”，让每台设备穿上厚薄不同的“太空服”。

同时，将散热涂层厚度减小了30%，设计了更轻、更薄的柔性散热面，通过采用一体化热设计理念，大大降低了热控设计的重量。

通过大量的仿真试验，热控团队探索出一套“错峰补偿”的控温策略。通过对在轨卫星海量运行数据的挖掘，推断出热控涂层等材料参数的空间影响因素和性能变化规律，建立准确的温度场在轨预测模型。

摸准了每台设备在軌温度特性后，团队“对症下药”。针对每台设备提出热控系统自主管理模式，实现热控系统在近月制动、交会对接等关键阶段的用电高峰期时，加热功耗为零的目标，确保了嫦娥五号有充足的能源完成关键任务。在嫦娥五号任务中，轨道器成功完成了地月往返运输、月球轨道交会对接、样品容器转移等重要任务。如果将轨道器比喻为一位首次在月球轨道上成功取件的“太空快递小哥”，这位“小哥”功成名就的背后，是八院研制团队长达10年的辛勤付出。为了保证“小哥”在月球轨道上成功取件，研制团队为它制定了35项故障预案。

据嫦娥五号探测器副总指挥张玉花介绍，为了实现轨道器与上升器“抓得住，抱得紧，转得稳”的既定目标，研究团队曾广泛调研了国内外对接机构的设计。共开展了4种对接方案设计和9种转移方案设计，上升器“推”、轨道器“移”、返回器“拉”各3种，通过多轮方案比较及关键技术攻关，最终确定采用“抱爪式对接机构”，通过增加连杆棘爪式转移机构，实现对接与自动转移功能的一体化。这种设计理念世界首创，对接精度达到毫米级。

据嫦娥五号对接与样品转移分系统副主任师刘仲介绍，对接与样品转移分系统分为主动件和被动件两个单机。主动件包含3套抱爪机构和2个转移机构，每套抱爪机构和转移机构均为独立驱动，均含有独立的抱爪驱动机构和转移驱动机构。3套抱爪机构同步工作完成对接任务，2套转移机构同步工作完成样品转移任务。

“嫦五”发射远望号测量船。图片中国军网

12月6日，轨道器与上升器在环月轨道上交会对接，按计划在21秒内完成，1秒捕获，10秒校正，10秒锁紧，分秒不差，此后顺利完成样品转移交接。“为保证任务顺利完成，我们做了35项故障预案，结果一项都没有用上，这就是最好的结果！”刘仲高兴地说。

“天上一分钟，地上十年功”。通过嫦娥五号发回的视频，人们看到轨道器与上升器成功对接后，管状的月壤样品容器自动从上升器转移到轨道器。据嫦娥五号探测器副总设计师查学雷介绍，顺利完成样品转移交接，不仅需要对接机构高精准定位，转移工作运动平稳、连续、互不干扰、互相配合，更难的是如何在地面进行月球轨道的技术验证。

为了在地面上开展验证试验，八院805所研制团队构建了整机特性测试台、性能测试台、综合测试台、热真空试验台四大测试系统，通过不断地测试、优化，确保自动对接与样品转移过程的万无一失。

◎ 来源| 新华每日电讯