嫦娥五号成功发射 西安科技全程护航
2020-11-24 09:54:57 来源：西安新闻网
“嫦娥五号”探月返乡 西安动力搭建76万公里天梯
西安新闻网讯 11月24日，在海南文昌卫星发射中心，“长征五号”火箭成功发射“嫦娥五号”月球探测器。此次“嫦五”地月往返76万公里的征程中，位于西安的中国航天科技集团六院研制的107台发动机，持续接力，助推“长五”护航“嫦五”“探月返乡”。
此次“长征五号”运载火箭上，配套了六院研制的30台火箭发动机。其中，8台120吨级液氧煤油发动机、2台50吨级氢氧发动机及2台9吨级氢氧发动机，全部是我国新一代绿色环保发动机。可以说，有了这三型液氧煤油发动机和氢氧发动机，才让我国发射首个火星探测器和“嫦娥五号”这样大型的深空探测器成为可能。
在“长征五号”上，还有六院精心打造的辅助动力系统，由18台性能不一的姿控发动机以及配套的气瓶、阀门、管路和贮箱组成，是唯一涵盖增压气体装置、输送系统、推进剂贮存装置和推力室的独立、完整的动力系统。正是这30台火箭发动机，完美护送“嫦娥五号”开启探月之路。
与前四次奔月之旅相比，这次的“嫦娥五号”将首次在月球表面自动采样，首次从月面起飞，首次在月球轨道进行无人交会对接，首次带月壤以接近第二宇宙速度返回地球，也是我国航天领域迄今最复杂、难度最大的任务之一。六院研制的一系列空间轨姿控发动机，在这一任务中，派上了大用场。
“嫦娥五号”探测器由着陆器、上升器、轨道器、返回器等四个器组成。六院为“嫦娥五号”着陆与返回的三套推进分系统，研制了77台大小不同、性能各异的轨姿控发动机。同时，由于系统复杂，对推进分系统提出很高的可靠性要求。其中，重量是重要的技术指标之一。推进分系统累计减重约26kg，为整器研制提供了有力保障。
为确保“嫦娥五号”能平稳在月球着陆，并顺利返回地球，六院为其量身定做了两型3台新型发动机，其中轨道器上的一台3000N发动机，为地月转移、月地转移中途修正、近月制动、离月加速提供推力，而上升器上的另外一台3000N发动机，将为月面起飞提供推力，相当于月球上的一枚微缩版运载火箭。1台7500N变推力发动机，将完成探测器着陆组合体月面软着陆任务。
相比其它型号发动机组件，7500N变推力发动机上流量调节器上的零件加工，精度要求极高，公差仅为一根头发丝的1/80，仅一根流量调节锥上就有8处公差为微米级的加工难点。面对难题，六院科研人员迎难而上，为“嫦娥五号”落月采样返回任务全程保驾护航。西安报业全媒体记者 关颖
“长五”和“嫦五”“最强大脑”均由西安造
西安新闻网讯 11月24日，“长征五号”遥五运载火箭在海南文昌航天发射场点火升空，成功将“嫦娥五号”月球探测器送入预定轨道。此次，“长五”与“嫦五”的最强大脑均由位于西安的中国航天科技集团有限公司第九研究院第771研究所造。
此次任务中，“长五”能够稳定飞行，离不开九院771所研制的箭载计算机。它能够有条不紊地完成箭体参数录取、飞行轨迹误差修正以及控制指令输出等多项复杂的控制任务,确保火箭的稳定飞行。为保证“大脑”健康，其内部还设计了特有的“听诊器”，能够自动听诊飞行控制软件运行过程中的各类重要参数，可及时、有效地发现系统中存在的隐患问题，为控制系统的故障定位提供判定依据。
“嫦娥五号”探测器由轨道器、返回器、着陆器、上升器四个部分组成。771所为上升器、返回器综合管理单元配套了CPU模块，也就是她们的“最强大脑”。
“嫦娥五号”上升器、返回器数管分系统中，占据重要地位的综合管理单元，可实现星地通信、飞行过程中各设备的健康监测和任务执行管理、月面再发射、样品返回等重要功能。CPU模块作为综合管理单元的核心部件，是上升器、返回器的控制源头，负责控制各相关模块，使其正常运转。主要承担着测控应答机接收并执行地面发送的所有遥控直接指令；完成遥测数据的采集和遥控间接指令的分配，以及加热回路控制驱动；提供星上基准时间，采集各类遥测数据组帧下行等功能，为“嫦娥五号”的顺利返回提供保障。
西安报业全媒体记者 关颖
西安科技为“嫦娥五号”“绕、落、回”全过程护航
11月24日，我国探月工程嫦娥家族的“五妹”——“嫦娥五号”探测器正式出征。航天科技集团五院西安分院为“嫦娥五号”探测器研制了微波测距测速敏感器、测控天线、数传子系统以及交会对接微波雷达，为探测器实现“绕、落、回”全程护航。
绕
“贴身手机”：测控天线使“五妹”畅连地月
在距离地球遥远的38万公里之外，如何让嫦娥五号探测器“五妹”与地面建立顺畅的联系，这就依靠西安分院研制的测控天线。在“五妹”的地月转移、变轨环月的绕月阶段，动力下降、上升器的月面工作阶段以及交会对接阶段，几乎所有的工作模式中都需要使用测控天线与地球进行测控通信。测控天线相当于是“五妹”随身携带的“手机”，与月球之间的测控通信主要依靠这部“手机”完成。
西安分院为“五妹”装备的“手机”，不仅要考虑听觉的范围，而且还要确保其不受周围其他设备的干扰。因此，设计人员对于测控天线在上升器上的布局做了充分的考虑，保证其有效工作的同时，要求天线在旋转180度范围内没有遮挡。同时，设计人员还针对落月过程中的羽流影响等因素，进行了天线机、电、热一体化设计，确保了测控天线能够在落月、月尘以及月球表面极端苛刻的环境下可靠地工作。
落
“泊车雷达”：微波测距测速敏感器让“五妹”安全着陆
在“嫦娥五号”探测器抵达月球轨道后，着陆器将携带着上升器着陆于月球表面。能否安全着陆于月球表面，是“嫦娥五号”探测器任务的关键一步。西安分院为“五妹”研制的微波测距测速敏感器相当于在着陆器上安装了一部“泊车雷达”。
“这部雷达在着陆器距离月球表面15公里的时候正式开始工作，主要任务是测量着陆器与月球表面的距离以及着陆器下降的速度，并快速向上升器的制导、导航与控制分系统（GNC分系统）提供速度和距离的信息，以便于着陆器来判断降落的落点和速度。”西安分院微波测距测速敏感器主任设计师张爱军说。微波测距测速敏感器将极大方便“五妹”控制身姿顺利“泊车”。可以说，微波测距测速敏感器是“嫦娥五号”探测器感知落月路的明亮双眼。
月地之间架桥梁
数据传输三档调控发回月球“打卡照”
探月之旅，拍照必不可少。“五妹”所携带的相机拍摄的照片如何及时地传回地面，这就需 要西安分院为“嫦娥五号”探测器研制的数传子系统。在着陆器准备着陆月球表面的时候，数传子系统就开始开机工作。它会将安装在着陆器上的相机拍摄的着陆画面以及数据信息实时传回地面，以便于地面对落月的信息进行及时判断。在着陆器成功着陆月球表面后，安装在着陆器上的数传子系统会将月面工作段的采样图像、采样钻取的科学数据以及上升器起飞等过程的图像数据传输到地面，为任务的顺利推进提供决策参考。
“为了提升数据传输效率，西安分院设计了自适应三档调节的方式，相当于为数据传输安装了三档‘闸门’，在传输高峰期的时候使用数据量较小的传输方式，数传子系统从500k到5M的数据量都可以进行传输。按照最大传输量来算，那么单纯传输一张5M的照片则只需要一秒钟。”数传子系统设计师张竞说。
此次为“五妹”配备的数传子系统从功能上与“嫦娥四号”相当，但是通过集成和小型化设计，从重量和体积上对“五妹”进行了极大的“瘦身”。“嫦娥四号”数传子系统的重量为8公斤，而“嫦娥五号”数传子系统只有3.5公斤。
“回”
为太空“穿针引线”瞄“针眼”：微波雷达助力交会对接
上升器采集的月面样本，如何成功交付给返回器并顺利带回地球，就必须通过交会对接这一复杂的“神操作”才能完成。西安分院研制的交会对接微波雷达，就是为距离地球38万公里外的“穿针引线”式的交会对接而设计的。交会对接微波雷达相当于为太空“穿针引线”瞄“针眼”。
当上升器携带着月壤样品返回环月轨道后，轨道器对上升器实施追踪。在追踪至100公里范围内的时候，交会对接微波雷达开始工作。由西安分院研制的交会对接微波雷达可以测量上升器和轨道器之间的相对距离、方位、俯仰角度及其变化。这些数据信息都会源源不断地向轨道器的制导、导航与控制分系统（GNC分系统）这个中央处理器发送，为两器的交会对接提供实时的信息。
除了通过测距、测速和测角为太空“穿针引线”瞄“针眼”之外，交会对接微波雷达还可以实现两器之间的通信。从两器相距100公里之间建立通信链路一直到两器相距0.2米的范围内，可以实现轨道器和上升器之间的双向通信，包括指令等一些信息都要通过器间的双向通信来实现。
西安报业全媒体记者 关颖
西安科技造神秘“法宝” 为“长五”和“嫦五”全力护航
西安新闻网讯 11月24日，“长征五号”运载火箭从文昌航天发射场起飞，将重达8.2吨的“嫦娥五号”探测器精准送入地月转移轨道。我国首次月球无人采样返回任务大幕开启。位于西安的航天科技集团四院为此次任务的火箭系统提供了正推火箭、消氢点火装置、碳碳密封环等产品，为“嫦娥五号”探测器提供了表采机械臂关节电机组件、电磁推力器组件和特种压力传感器。这些神秘的“法宝”，个头小、不起眼，但全力护航，功不可没。
正推火箭 让芯级分离更可靠
正推火箭是火箭飞行过程中为实现芯一级、芯二级可靠分离而研制的分离发动机，为级间分离提供动力的装置。火箭芯一级工作结束后，正推火箭接到分离指令，开始点火工作，此时，发动机产生推力实现芯二级液体推进剂沉底，确保火箭按照预定程序完成任务。由四院研制的正推火箭兼具固体发动机和火工品的双重特性，其工作时间长，可靠性要求高，环境条件极其苛刻，是目前运载火箭箭体使用的最大火工品。
消氢点火装置 让发射环境更安全
“长征五号”运载火箭采用氢氧发动机，在点火前会向发射平台周围环境排放大量低温氢气。当氢气与空气混合浓度达到一定范围时，遇到静电或明火就会产生爆炸或爆轰。为消除火箭发射前的大量低温氢气，彻底排除安全隐患，四院专门研制了消氢点火装置。该装置安装在发射平台上，能在火箭氢氧发动机工作前的2~3秒内，点燃火箭发射的“第一把火”，利用喷射的高温、高速燃气金属粒子流，将发射前排出的大量氢气在其未达到可爆炸最低浓度前先行消除，以保证运载火箭发射的安全性。
压力传感器和碳碳密封环 全程护佑
此次“嫦娥五号”探测器上搭载的两款产品均应用于探测器推进分系统中，其中特种压力传感器主要应用于监测推进剂贮箱压力，为推进系统正常工作提供可靠的压力数据监测。同时一款新型推力器组件—电磁推力器组件也得到应用，作为未来新型推进系统核心部组件之一，该电磁推力器组件具有相当大的加工难度，团队克服困难，使产品满足了大直径薄壁加工、极易断裂的材料特性、特殊的热处理工艺、极高的表观质量要求。
“长征五号”的液氧煤油发动机由于采用高压补燃技术，对相应部位密封产品的要求极高。四院研制的高强耐磨低渗透碳碳密封环主要用于长征五号火箭4个助推的8台120吨液氧煤油发动机氧泵二级端面密封，实现了低开孔率、高强度、高硬度、耐冲击等特殊指标要求。
表取采样关节用电机组件 助“挖土铲”一臂之力
本次发射的嫦娥五号探测器将在软着陆后，通过铲取、钻取两种方式采集月球表面土壤并返回。四院研制的表取采样关节用电机组件为首次“挖土”这一关键步骤的实现提供了技术支持，4台电机组件分别安装在着陆器机械臂关节内，为“挖土铲”提供灵活动力。该型号电机组件首次攻克了静磁力矩作为制动力矩使用的难题。为了控制电机组件整体重量，将钢材做结构件替换成密度更小的铝合金，同时克服了铝合金线膨胀系数大导致的内应力问题，电机组件变得更轻巧。为了让电机组件适应月球表面的极端温度，研制团队将宇航用旋转变压器的出线由焊接延长引线改为直接出线，消除了焊接带来的断裂隐患，避免了任何一个小概率事件发生的可能性。 西安报业全媒体记者 关颖
编辑：佳佳
