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人类首次月球无人交会对接,嫦娥五号技术反超

来源:环境技术 【在线投稿】 栏目:综合新闻 时间:2021-03-21
5时42分,嫦娥五号上升器成功与轨道器和返回器组合体交会对接,并将样品容器安全转移至返回器中。这是人类首次实现月球轨道无人交会对接,这也意味着中国深空探索技术在全球处于领先水平。
嫦娥五号挑战人类首次,也意味着嫦娥五号在技术上已经远超阿波罗飞船,这恰恰也证明了科学技术随着时代的发展在不断进步
月球轨道无人交会对接技术难度有多高
要在月球完成无人交会对接,可以说是我国航天领域迄今为止最复杂、难度最高的任务之一。当初美国能够在月球完成无人交会对接,靠的是人工操作,
为了可以让探测器可以精准对接,地面人员还要做好前期工作,实时精密定轨,确定最符合跟踪观测数据的轨道,西安卫星测控中心所属的佳木斯深空站、喀什深空站、三亚测控站,利用我国陆基站“大三角”的优势,实施了三向测量,确保了上升器轨道的高精度确定,在此期间,上升器姿态变化频繁、信息传递关系复杂,目标切换时间十分紧凑,所以挑战难度非常大,这需要中国构建了非常成熟的覆盖全球的深空测控网。确定好了轨道数据,传输给嫦娥五号之后,接下来的交会对接就要靠嫦娥五号自己完成。
因为之前的无人交会对接,这些都是在地球轨道上进行的,有充足的地面站与人造卫星资源提供精准的测距、定位、导航服务,而在月球轨道附近,地面测控支持能力受限,除了提供精密定轨数据之外,其他需要更多地让探测器自主实现。
而这对探测器的自主性要求非常高,首先是月球的引力不同,月球的引力只有地球六分之一,而且两个航天器的相对位置要控制在误差不能超过5厘米这样的一个精度,交会对接过程中由于两个航天器的重量差异很大,一旦速度控制出现偏差,就会造成两器相撞从而导致对接的失败。
这就对探测器的设计、零件的精密性提出了更高的要求,嫦娥五号的对接机构必须做到小而精,其重量要减小到周边式对接机构的十五分之一,同时,还要具备样品容器捕获、自动转移功能,重量更轻、精度更高、过程更稳。
比如为了更好完成对接,中国航空工作人员设计了光学成像敏感器,用于飞船与目标飞行器交会对接的近距离成像测量敏感器,具有双波长激光输出特性,无论在无光环境还是强光环境下,均能为光学成像敏感器提供精确的目标指引。
所以我们设计了抱爪式对接机构,探测器采用的对接机构就是由3套K形抱爪构成的,当上升器靠近时,只要对准连接面上的3根连杆,将抱爪收紧,就可以实现两器的紧密连接。再通过增加连杆棘爪式转移机构,实现了对接与自动转移功能的一体化,这些设计理念都是世界首创。
简单总结,阿波罗飞船因为采用人工操作,更加粗放,对于精密度、智能化要求不是很高,而中国嫦娥五号则更加精密化、智能化、自动化。
拥有了无人交会对接技术之后,中国将在以后的载人登月技术上拥有更高的可靠性,而且更有利于以后火星探测以及采样返回,要知道火星距离地球最远4亿公里,测控通信时延来回有几十分钟,地面支持力度会更弱,对探测器的精密化、智能化、自动化要求更高。
除此之外,这些技术中国嫦娥五号也更先进
在从月球返回的时候,阿波罗飞船采样的是升力再入模式,在设计返回舱外形的时候稍微让它有一点升力,比如联盟号/神州号飞船采用的钟形,或者阿波罗飞船的锥体造型,这类造型的返回舱拥有一定的升力,在大气层中飞行时可以通过自带的姿控系统调整姿势进而调节升力。
然而这对于隔热层的防护提出了很高的要求,要硬抗3000摄氏度热流烧蚀,5.9t总重的阿波罗飞船返回舱里足足1.36t(3000lbs)是隔热层。这严重挤压了宇航员的生存活动空间。
而嫦娥五号采样的是“太空打水漂”技术,返回舱利用自带的升力借助大气层密度变化的跳板,把自己从高速降落的弹道中脱离出来,反弹回大气层外面,此时经历过一次减速之后的返回舱速度已经大大降低,再次进入大气层的时候条件就温和得多,而这对于角度的要求非常高。