“太空郵差”是怎麼煉成的

　　嫦娥五号是我國探月工程“繞落回”三期任務的收官之戰，将實現我國月球無人采樣返回。

　　中國航天科技集團有限公司八院(上海航天技術研究院)承擔了長征五号助推器和嫦娥五号軌道器的研制任務。4個助推器提供了長征五号起飛90%的推力。軌道器作為主動飛行器将承擔地月往返運輸、月球軌道交會對接、樣品容器轉移等任務，将實現人類月球軌道無人自動交會對接和樣品轉移、我國深空環境多次分離、月地轉移入射等。

　　嫦娥五号探測器。中國航天科技集團有限公司 圖

　　助嫦娥五探月：上海牌“三多”軌道器

　　發射升空後，嫦娥五号軌道器攜帶着陸器、上升器以及返回器完成地月轉移、中途修正和近月制動。進入環月軌道後，軌道器與着陸上升組合體分離，攜帶返回器留軌。之後，軌道器将與從月面起飛的上升器進行主動交會對接，完成人類月球軌道自動交會對接任務，并将上升器攜帶的樣品容器轉移至返回器;與對接艙、上升器組合體分離後，軌道器将攜帶返回器進入月地轉移軌道，在距離地球 5000千米處将返回器分離，并保證其再入初始條件。

　　嫦娥五号軌道器作為地月往返運輸器，其工作貫穿整個探測任務始終，在技術上呈現“三多”的特點：

　　一是飛行階段多。軌道器參與運載發射、地月轉移、近月制動、環月運行、月面下降、月面工作、月面上升、交會對接、環月等待、月地轉移和再入回收等探測器系統11個飛行階段中的8個階段，。

　　二是器間狀态多。軌道器在飛行過程中有6種組合體狀态，承擔器間分離、交會對接與樣品轉移等關鍵任務，多種組合體飛行狀态，器間接口複雜，軌道器任務過程要經曆多次的變軌和姿态調整，軌道飛行、姿态控制難度大，機、電、熱接口可靠性要求高。

　　三是分離次數多。軌道器要順利完成地月轉移，并将裝有樣品容器的返回器帶回地球，整個過程涉及5次分離，包括與火箭分離、與着陸上升組合體分離、與支撐艙分離、與對接艙上升器組合體分離、與返回器分離，在軌分離次數多，分離環境複雜，系統設計難度極大。

　　“在整個任務過程中，軌道器在軌共有5次分離，6種組合體狀态，承擔地月往返運輸、器間分離、交會對接與樣品轉移等關鍵任務，是目前最複雜的空間飛行器之一。”中國航天科技集團八院嫦娥五号探測器副總設計師查學雷介紹說。針對整個任務飛行狀态多、器間接口多、工作模式多、技術攻關難、地面驗證難以及運載與發射場新“三多、兩難、一新”特點，研制團隊突破了4項關鍵技術。

　　嫦娥五号探測器結構示意圖，最下面的是軌道器。

　　高可靠連接分離技術：連得穩、可靠分

　　嫦娥五号探測器由4個部分組合而成，多器分工合作的狀态造就了探測器在太空中不斷分離-組合-再分離-再組合的變形過程，這在我國航天器中絕無僅有。而軌道器就擁有5個分離面，既要保證組合狀态下器與器連得穩固，同時又要确保分離過程的安全可靠，這是探測器研制的難點之一。

　　軌道器摒棄了傳統的艙段間包帶連接方式，創新采用多點高強度分離螺母進行連接，通過在各分離面配置不同數量的分離螺75母以滿足艙段間連接強度與剛度要求。同時雙作動分離螺母包含兩套解鎖機構，其中任意一套動作就能确保分離面每一個分離點的可靠分離。連接穩固、分離可靠的連接解鎖與分離關鍵技術，成就了嫦娥五号的從容飛天之旅。

　　月球軌道對接與樣品轉移技術：精準接、無縫轉

　　嫦娥五号将在38萬公裡外實施世界月球軌道自動無人交會對接與樣品轉移。對接機構中的運動位置精度和對中性是影響樣品容器轉移的關鍵，對接精度要求達到毫米級。

　　為了解決這一難題，航天科技集團八院創造性地研制出了抱爪式對接機構，配合采用棘爪式轉移機構，在自動無人交會對接的同時實現樣品容器的自動轉移，這一技術是世界首創，成就了嫦娥飛天采樣返回中極為重要的一環。

　　在此基礎上，研制團隊還構建了整機特性測試台、性能測試台、綜合測試台、熱真空試驗台四大世界的地面測試系統，充分驗證對接與樣品轉移機構地面試驗的有效性。

　　軌道器助推整個探測器飛向月球示意圖。

　　總體優化與結構輕量化技術：輕如燕 高負載

　　受探測器整體重量約束的影響，軌道器在具備強大的承載能力的同時，還得做到身輕如燕。

　　為了做到身材比例的完美，軌道器使用大承載複雜構型輕量化結構;創新使用多次分離複雜構型;使用多冗餘路徑複合傳力結構，采用大承載複合材料一體成型插層變厚度承力球冠技術等七項創新技術，結構質量比達到9.6%，真正做到了效能。僅僅46千克的承力球冠能夠承載3噸的貯箱，具備30噸的極限承載能力，真正做到“雞蛋殼上挂秤砣”。

　　通過積極創新設計，軌道器内有铮铮鐵骨，外有完美身材，擎得起飛天夢想，穩得住每個動作，成就了可靠的飛天嫦娥。

　　分布式綜合電子技術：分區管 高可拓

　　軌道器采用分艙段設計，各艙段都有對應的配電管理、熱控管理、信息管理需求，如果按照傳統的模式進行整器電氣設計，需要大量的跨艙段電纜進行信息交互，對軌道器的重量設計、分離面設計、電纜網設計以及整器總裝造成負擔。

　　為此，研制團隊創新提出了分區域管理的分布式綜合電子單機設計思想，通過區域劃分和整體布局，可能地減少穿艙電纜與艙段内硬線連接。同時，團隊還創新提出整器電氣管理的區域化、标準化、模塊化設計思想，通過制定一系列标準規範，使得綜合電子系統做到從内到外整齊标準，靈活組裝易于拓展，跑得穩軟件，傳得好信号，點得起火工品，控得住機構。目前分布式綜合電子技術已在多種飛行器推廣應用，走出了一條不同以往的新路。