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嫦娥六號(hào)月背軟著陸背后的硬技術(shù)
2024年06月03日 10時(shí)27分   新華網(wǎng)

據(jù)國(guó)家航天局消息,6月2日6時(shí)23分,嫦娥六號(hào)著陸器和上升器組合體(以下簡(jiǎn)稱“組合體”)在鵲橋二號(hào)中繼星支持下,成功著陸在月球背面南極-艾特肯盆地預(yù)選著陸區(qū)。

當(dāng)日6時(shí)9分,組合體開(kāi)始實(shí)施動(dòng)力下降,7500牛變推力主發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)機(jī)。其間,組合體進(jìn)行快速姿態(tài)調(diào)整,逐漸接近月表。此后通過(guò)視覺(jué)自主避障系統(tǒng)進(jìn)行障礙自動(dòng)檢測(cè),利用可見(jiàn)光相機(jī)根據(jù)月面明暗選擇大致安全點(diǎn),在安全點(diǎn)上方100米處懸停,利用激光三維掃描進(jìn)行精確拍照以檢測(cè)月面障礙,最終選定著陸點(diǎn),開(kāi)始緩速垂直下降,即將到達(dá)月面時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉,利用緩沖系統(tǒng)保障組合體以自由落體方式到達(dá)月面,最終平穩(wěn)著陸。

記者從中國(guó)航天科技集團(tuán)五院了解到,嫦娥六號(hào)落月任務(wù)是我國(guó)實(shí)施的第五次地外天體軟著陸、第四次月面軟著陸,以及第二次月背軟著陸。該院多項(xiàng)“硬核技術(shù)”支撐了此次落月任務(wù)成功實(shí)施。

月背著陸區(qū)選址面臨新挑戰(zhàn)

嫦娥六號(hào)的任務(wù)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)人類首次月球背面自動(dòng)采樣返回,其著陸區(qū)選擇直接關(guān)系到工程實(shí)施的風(fēng)險(xiǎn)控制、采樣樣品的科學(xué)成果產(chǎn)出等。相比月球正面,月球背面地形更為崎嶇,尤其是月球背面的南極-艾特肯盆地區(qū)域整體地勢(shì)較低且撞擊坑分布更多,光照和測(cè)控更易受到地形遮擋影響。這些因素都給嫦娥六號(hào)落月選址工作帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

為了讓嫦娥六號(hào)能夠穩(wěn)穩(wěn)著陸月背,五院研制團(tuán)隊(duì)深入研討和分析了月背采樣任務(wù)的選址難點(diǎn)和特點(diǎn),充分借鑒融合深空探測(cè)以往型號(hào)的選址經(jīng)驗(yàn),建立了一套適用于月背著陸的選址方法。

利用以往型號(hào)遙感數(shù)據(jù),研制團(tuán)隊(duì)對(duì)著陸區(qū)復(fù)雜地形地貌情況進(jìn)行深入分析與確認(rèn),為組合體在月球表面尋找滿足安全著陸、月面工作、月面起飛等需求的區(qū)域。

在確認(rèn)著陸區(qū)后,研制團(tuán)隊(duì)對(duì)著陸區(qū)的地形地貌、地質(zhì)條件等進(jìn)行了多輪復(fù)核與研究工作,進(jìn)一步降低著陸風(fēng)險(xiǎn),保證選址區(qū)域分析完備、選址約束考慮全面、選址結(jié)果可信可用。

GNC系統(tǒng)自主實(shí)現(xiàn)“粗精接力避障”

此次嫦娥六號(hào)落月任務(wù)充分借鑒了我國(guó)多次地外天體軟著陸的成功經(jīng)驗(yàn),再次展現(xiàn)了我國(guó)特有的“粗精接力避障”技術(shù)。

“嫦娥”家族使用的GNC(制導(dǎo)導(dǎo)航與控制)系統(tǒng)均由五院502所研制。該系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)知道“我在哪兒”“我要去哪兒”和“我怎么去”。它就像落月過(guò)程中的駕駛員,要完成飛行軌跡控制、安全著陸點(diǎn)選擇、精準(zhǔn)控制三項(xiàng)核心任務(wù)。

在下降過(guò)程中,嫦娥六號(hào)GNC系統(tǒng)需要自主選擇一個(gè)既符合著陸要求,又能滿足上升器月面起飛條件的落點(diǎn),為后續(xù)的取土和起飛創(chuàng)造良好條件。為此,GNC系統(tǒng)會(huì)自主操控組合體邊降落邊快速調(diào)整姿態(tài),對(duì)預(yù)定著陸區(qū)域進(jìn)行拍照分析,并飛向選定區(qū)域。這是第一次避障,也被稱為“粗避障”。

在距離月面更近時(shí),組合體實(shí)施短暫懸停,再次對(duì)月面拍照,精確避開(kāi)障礙,選定最終落點(diǎn)。這是第二次避障,即“精避障”。

之后,組合體飄移至落點(diǎn)正上方并垂直下降,至特定高度時(shí)關(guān)閉主發(fā)動(dòng)機(jī),利用著陸腿的緩沖機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)軟著陸。

相比嫦娥五號(hào),嫦娥六號(hào)要消耗更多推進(jìn)劑,對(duì)此研制人員對(duì)GNC系統(tǒng)進(jìn)行了針對(duì)性調(diào)整、優(yōu)化和升級(jí),確保了落月精度又兼顧了資源使用的經(jīng)濟(jì)性。

“泊車?yán)走_(dá)”讓著陸更精準(zhǔn)

月背著陸過(guò)程可以說(shuō)是環(huán)環(huán)相扣、險(xiǎn)象環(huán)生,距離和速度信息的支持,是決定任務(wù)成敗的重要一環(huán)。五院西安分院研制的微波測(cè)距測(cè)速敏感器,如同安裝在嫦娥六號(hào)著陸器上的“泊車?yán)走_(dá)”。它在著陸器接近月面時(shí)開(kāi)始工作,細(xì)致測(cè)量各項(xiàng)數(shù)據(jù)并精確傳遞,讓著陸器準(zhǔn)確判斷著陸點(diǎn)和降落速度,為安全精準(zhǔn)著陸提供可靠保障。

為應(yīng)對(duì)著陸瞬間帶來(lái)的沖擊,五院529廠為著陸器量身定制了4條輕質(zhì)、高強(qiáng)的著陸腿,學(xué)名叫“著陸緩沖機(jī)構(gòu)”。每條著陸腿都由1個(gè)主腿、2個(gè)副腿和1個(gè)足墊組成,它們協(xié)同工作,能在嫦娥六號(hào)落月時(shí)更安全、更舒適。

記者從國(guó)家航天局了解到,接下來(lái),嫦娥六號(hào)著陸器攜帶的有效載荷將按計(jì)劃工作,開(kāi)展科學(xué)探測(cè)任務(wù)。嫦娥六號(hào)任務(wù)國(guó)際載荷中歐空局月表負(fù)離子分析儀、法國(guó)月球氡氣探測(cè)儀即將開(kāi)機(jī)工作,意大利激光角反射器完成部署。

據(jù)悉,組合體成功著陸后,著陸器將通過(guò)鵲橋二號(hào)中繼星,在地面控制下,進(jìn)行太陽(yáng)翼和定向天線展開(kāi)等狀態(tài)檢查與設(shè)置工作,此后正式開(kāi)始持續(xù)約2天的月背采樣工作,通過(guò)鉆具鉆取和機(jī)械臂表取兩種方式分別采集月壤樣品和月表巖石,實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)、多樣化自動(dòng)采樣。同時(shí)將開(kāi)展月球背面著陸區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析,月壤結(jié)構(gòu)分析等科學(xué)探測(cè),深化月球成因和演化歷史的研究。(付毅飛)

(責(zé)任編輯:蔡文斌)

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