揭秘:这些中国自主研制科技神器助力嫦娥五号探月

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  原标题:揭秘:这些中国自主研制科技神器助力嫦娥五号探月

  近日,国家航天局在京举行探月工程嫦娥五号任务月球样品交接仪式,嫦娥五号任务由工程实施阶段正式转入科学研究阶段,我国首次地外天体样品储存、分析和研究拉开序幕。

  从11月24日发射入轨,到12月17日在内蒙古四子王旗预定区域着陆,嫦娥五号探测器经历地月转移、近月制动、在轨分离、平稳落月、钻表取样、月面起飞、交会对接及样品转移、环月等待、月地转移、再入回收等阶段,在轨工作23天,成功携带月球“土特产”回家。其“绕、落、回”的不同阶段,都有哪些我国自主研制的科技神器保障支撑?中国航天科工集团二院有关专家为我们揭秘。

  测量雷达打造飞天观测“第一双眼”

  11月24日,在长征五号运载火箭带着焰尾拔地而起的几分钟内,两部固定式脉冲测量雷达快速采集着火箭的飞行信息,确保指控中心能第一时间掌握全局,做好安控。

  这是雷达测量的“第一双眼”。

  据二院23所相关专家介绍,从点火的那一刻开始,该所测量雷达就像“鹰眼”一样,紧盯火箭飞行。

  这两部测量雷达主要用于运载火箭发射上升段的外弹道测量,为发射场指控中心实时提供火箭距离、方位、俯仰等精确坐标信息和径向速度数据。一旦火箭飞行出现偏移轨道的状况,立刻就能发现。

  专家介绍,这两部测量雷达不受雨雪台风等天气因素影响,因此在火箭飞行观测的初始阶段是扛大梁的。

  测量雷达曾先后圆满完成长征七号、长征五号首飞等数十次飞行任务,为嫦娥五号飞行保驾工作奠定扎实基础。

  在此次任务中,二院23所自主研发的声表面波滤波器同时安装在嫦娥五号及搭载飞行的长征五号火箭中,主要应用在测控、应答机等分系统,全力保障嫦娥五号信号接收、过滤杂波,以及各分系统信号接收、处理的有效进行。

  专家介绍,航天器发射中一旦有了信号干扰,地面接收到的信息就好比接听串了线的电话。

  而声表面波滤波器能够轻松过滤掉“高次谐波、镜像信息、发射漏泄信号以及各类寄生杂波干扰”等各种干扰信号,使发射场指控中心可以清晰接收准确信号。

  专家介绍,为了滤除无用的信号干扰,更好助力嫦娥五号进行太空观测,确保与地面中心的信号畅通,科技人员对每一个滤波器精雕细琢,声表滤波器的最细线条宽度达到0.3微米,相当于头发丝直径的1/200。

  不仅如此,每一个合格的高可靠性声表面波器件,都需要在高倍显微镜下“过关斩将”,并至少经历3次超声波或等离子清洗,由此保证了元器件的可靠性。

  微波雷达助力月壤太空安全转移

  嫦娥五号的频率信号,如同人体的脉搏。脉搏的稳定,是她正常工作的前提。

  二院203所专家告诉记者,该所研制生产的数百只自主可控晶体元器件,作为嫦娥五号中电子设备的心脏,牢牢稳住嫦娥飞行的脉搏。包括晶体振荡器、石英谐振器等在内的多种型号晶体元器件为工程的发射、测控、在轨飞行、采样、返回等提供了稳定、可靠的频率信号。

  其中,某型高性能时钟晶体振荡器,已经大量应用到我国探月工程,是著名的“功勋”产品。在嫦娥五号任务中,它再次成为多面手。从充当“千里眼和顺风耳”的通讯设备、控制嫦娥精准着陆的控制系统,到拍摄“广寒宫”的光学电子设备、控制嫦娥采样返回的控制系统……处处都有它忙碌的身影。它为嫦娥五号在遥远的太空中“控得住”、“采好样”、“返得回”提供了有力保障。

  还有为嫦娥系列研制的某型抗冲击温补晶体振荡器,其具有频率准确、耐受冲击的特点。此次嫦娥五号使用了数只这样高精度的抗冲击温补晶体振荡器。这些温补晶体振荡器都处于“关键岗位”,它们的输出信号频谱干净,为嫦娥卫星信标机提供精准信号,同时还可以承受住1500个重力加速度冲击,为最终定位提供精准信号,保证“嫦娥”平安回家。

  另一型高精度温补晶体振荡器,是频率控制的“大咖”,它可以输出更加精准稳定的频率信号。专家介绍,经过进一步设计和工艺攻关后,能够大幅提高嫦娥五号的性能指标和可靠性以及频率稳定度,温度工作范围提高了近一倍,并具有良好的环境适应性。

  依托首次月壤采样返回任务,二院25所交会对接微波雷达首次实现月球轨道应用。

  25所专家介绍,该所自主研制的月球轨道交会对接微波雷达,是实现月球轨道交会对接和月壤转移的关键设备,用于嫦娥五号轨道器和上升器之间相对位置与相对姿态的精确测量,同时实现双向空空通信,引导两个航天器最终实现月球轨道交会对接,保证月壤采样安全转移。

  不同于地球轨道交会对接,微波雷达在月球轨道交会对接是远距离测量的唯一手段,也是保证上升器在环月轨道和轨道器对接并把月壤样品转移到轨道器的关键。

  火箭发射后,微波雷达随嫦娥五号探测器飞行约7天到达月球轨道。随后,雷达主机及天线随轨返组合体环月飞行,应答机主机及应答机天线随着上组合体落月,完成月壤采样。之后,上升器从月面起飞,进入环月轨道,开始月球轨道交会对接。

  专家介绍,微波雷达在交会对接阶段工作,从约100公里处开机工作,为导航控制分系统提供轨道器与上升器间的相对运动参数,同时进行双向空空通信,直至对接机构捕获锁定上升器,将上升器中的月壤样品和容器转移到返回器。

  搬运外骨骼现实版“钢铁侠”抱嫦娥回家

  在嫦娥五号返回器返回过程中,二院23所研制的两部测量雷达承担了高精度测量任务,并为指控中心提供实时测量数据,为前方搜救提供有效的目标落点数据。

  专家告诉记者,距离落区较远的雷达主要用于黑障区至地面的跟踪测量。

  嫦娥五号返回时,再入地球大气层,与周围空气剧烈摩擦,导致返回器表面的高温高压电离气体层隔绝其与地面测控站间的通信。这个中断通信联络的区域被称为“黑障区”。

  二院23所研制人员根据十多年神舟系列飞船返回任务保驾工作经验,着重针对“黑障区”内返回器对雷达存在隐身的现象做了充分准备,实时上报测量数据并预报返回舱着陆点,为飞船平安着陆后第一时间搜救打下坚实基础。

  处于回收任务最末端的跟踪测量雷达,从返回器开伞后就开始对目标进行测量。返回器进入返回轨道末端后,该雷达通过无源定位体制实现对返回器从开伞后至落地阶段的高精度定位,并提供全天时全天候的测量保障,为落点预报和返回器搜救提供了及时准确的数据信息。

  引人注目的是,当嫦娥五号返回器在预定地点着陆后,二院206所搬运外骨骼助力搜救回收大队成功搜救返回器。

  “男友力”爆棚的搬运外骨骼,包含上肢助力模块和下肢助力模块,负载能力达50公斤。通过电动直驱助力模块及智能步态分析算法,外骨骼配合人体上下肢关节发力,降低人体能耗,同时为穿戴者提供了上肢臂力、腰肌及臀大肌助力,帮助穿戴者承担更大载荷,有效降低了手臂、腰臀等部位的疲劳感,适用于复杂地形下的重物握持及搬运。

  搬运外骨骼堪称现实版的国产“钢铁侠”,其负载能力达50公斤,在负重搬运机动时可省力约60%,节约人体能耗约30%,动作识别准确率大于99.9%。它不娇气、不畏寒、不怕湿,可在零下40摄氏度至70摄氏度间正常工作,耐受湿度最大为98%,标配的可更换电池在综合工况下可持续工作约4小时,能很好地在恶劣自然环境中执行嫦娥五号搜索回收任务。

  搬运外骨骼并非“四肢发达、头脑简单”,可智能感知穿戴者肢体行为,并自适应实时调节输出助力的大小、快慢,其结构轻巧、穿脱方便,人机交互顺畅友好,穿戴者的复杂运动行为不受限。此外,其模块化的设计构造,便于在应急状态下快速维护。

  此次任务中,两名身穿搬运外骨骼系统的搜救回收队员携带多套搜索设备,从直升机降落点快速机动至返回器着陆点,并在返回器旁插上一面鲜艳的五星红旗。

  专家介绍,穿上搬运外骨骼后,原本需要两人共同搬运的设备,只需一人即可单独完成,大大提升了单人负载机动能力,降低搜索回收作业人员体能消耗。

  与此同时,搬运外骨骼还协助搜救回收大队在返回器周边快速搭建应急通讯、照明及电力保障体系,确保搜救回收任务快速、安全、高效完成,为整个嫦娥五号探月任务收官划上圆满句号。

  来源:中国纪检监察报

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责任编辑:刘光博

来源:新浪网