保障探月工程各系统精密运行

2024-07-03

<article><section data-type=“rtext”>6月25日14时7分，嫦娥六号返回器携带来自月背的月球样品安全着陆在内蒙古四子王旗预定区域，标志着探月工程嫦娥六号任务取得圆满成功。自发射到返回的53天里，嫦娥六号经历了11个飞行阶段，突破了月球逆行轨道设计与控制、月背智能快速采样、月背起飞上升等关键技术，首次获取月背的月球样品并顺利返回，这是我国建设航天强国、科技强国取得的又一标志性成果。 蟾宫再折桂的背后，离不开来自不同系统科研团队的协力攻关。日前，本报记者走进相关科研单位，分别采访嫦娥六号工程总体团队、轨道器团队、探测器团队、有效载荷分系统周昌义团队，记录他们矢志创新、砥砺攻关的生动故事。 ——编者 探月与航天工程中心嫦娥六号工程总体团队 提升总体设计和验证能力 本报记者喻思南 嫦娥六号任务包括探测器、火箭、测控等五大系统，历经11个飞行阶段，工作模式复杂、飞控事件密集，一环扣一环，任何一个环节都不能有丝毫差错。嫦娥六号任务副总设计师王琼所在的工程总体团队，负责工程的系统论证、总体设计和组织实施，同时还要随时应对可能出现的问题。“我们是工程实施的‘润滑剂’，一切工作都是为了保障此次探月任务像精密仪器一样运转。”王琼说。 嫦娥六号任务首先面临的挑战是：探测器多年之前已经生产好，经过长期贮存，能否满足工程要求？对此，工程总体团队和探测器团队，共同研究确定了超期服役、需要更换的部件，对于无需更换的关键部件，进行了严格的寿命验证工作。 与嫦娥五号任务不同，嫦娥六号在月背着陆采样，需要在鹊桥二号中继星的支持下开展工作。然而，需要中继星支持的目标很多，测控资源如何调配优化，工作程序怎样安排，精度能否达到要求？ “必须及早开始全景式分析，识别、化解风险。”王琼回忆，在任务开始阶段，工程总体团队就带领各系统，开展了全过程任务链分析，逐一剖析每个飞行阶段的关键动作、协同要求和所需资源，及时提出工程方案。为了研究这一个专题，前后经历了2个月，开了10多次专题会议。 国际合作是嫦娥六号任务的一大特色。本次任务搭载了4个国际载荷。国际载荷设备状态多、接口和流程复杂，确保国际合作项目进度、控制质量风险等难题又摆在团队面前。为此，团队一方面组织明确了国际载荷从设备交付、集成测试、在轨工作到数据接收与交换的全流程工作方案，制定各环节的规范化要求；另一方面建立联合工作组，及时协调技术和管理方面的问题。“国际合作伙伴都对本次国际合作表示很满意。”王琼说。 “我国探月工程取得成功，关键在于规划了一张好的蓝图，并认真仔细地将这张蓝图绘到底。”王琼表示，未来，团队既要苦练内功，提升工程总体设计和验证能力，又要放眼世界，加强国际性重大航天工程的组织、管理和协调能力，为月球探测事业作出更多贡献。 中国航天科技集团八院嫦娥六号轨道器团队 “空中接力”护送月壤归来 本报记者刘诗瑶 这场远赴月球的探索之旅，嫦娥六号探测器的着陆器、上升器、轨道器、返回器分别承担着不同的任务。其中，由中国航天科技集团八院（以下简称“八院”）抓总研制的轨道器，在相距38万公里的地月之间完成月球样品的“空中接力”。 轨道器既要承载各器进入月球轨道、护送月背采样，还要在月球轨道进行交会对接与样品转移，稳妥地完成月壤样品的“接收”“装箱”，并安全将其运回地球。其中的关键环节之一，就是将上升器中装有月球样品的容器，转移到轨道器中的返回舱内。 八院嫦娥六号试验队队长张玉花介绍，完成月背采样后，上升器从月面起飞，在进入环月轨道后与早已绕月飞行的轨道器相遇。如果采用载人航天工程中的撞击式对接，那么仅有轨道器1/5重量的上升器将面临被撞飞的风险。为了确保对接顺利，科研人员决定让轨道器采用抓捕式对接的方式，通过抱爪式对接机构（类似人们手握棍子的动作，实现两器的紧密连接），配合采用连杆棘爪式转移机构，确保月球样品容器的可靠转移。 对于在轨高速运行的轨道器和上升器来说，抓捕式对接的机会转瞬即逝。本次任务，两器对接21秒内完成：1秒捕获，10秒校正，10秒锁紧，38万公里之外，动作一气呵成，两器完美对接。 在任务准备阶段，为了解决轨道器高承载与轻量化的矛盾，八院研制团队突破了大承载复杂构型轻量化结构等关键技术；为了保证探测器6次分离顺利完成，科研人员攻克了连接解锁与分离关键技术；针对轨道器逆行轨道的飞行需求，团队还开展了热控、能源等专业的复核复算，确保任务万无一失…… 九天揽月星河阔，首次月背采样回。回忆起嫦娥六号任务的种种，八院轨道器团队成员感慨良多：有上会报告时的紧张，有通宵达旦测试时的疲惫，更有火箭起飞瞬间的激动和型号成功时的欢呼。团队成员刘志强表示：“我们用产品的确定性应对所有不确定性、用细致入微保障千余条指令的正确性、用满腔热情化解压力与疲劳，才换来最终的成功。” 中国航天科技集团五院嫦娥六号探测器团队 在月背留下中国印记 刘诗瑶张国航 嫦娥六号探测器在月球背面进行表取采样时，留下的图案形似汉字“中”，引发了网友的热议。 为了确保能在月背顺利“挖土”，嫦娥六号探测器采用表钻结合、多点采样的方式。背后负责这项工作的团队，来自中国航天科技集团五院（以下简称“五院”）。 “月背采样是本次任务的一个重点。”嫦娥六号着陆后，科研人员按照传回的画面和数据小心翼翼开始操作。“尽管此前预想了各种可能的工况，但实操时仍然十分紧张，担心出现差错。”参与表取采样工作的团队成员介绍。 实际任务过程很顺利。“嫦娥六号落点选得好、落得好，非常易于采挖。”一名团队成员介绍，为了确保任务成功，团队进行了大量的地面试验。当任务完成时，“中”字逐渐显现，待国旗完全展开，一名队员兴奋地说：“你们看！五星红旗的展开位置，正好就在这个‘中’字图案的上方！” 尽管嫦娥六号任务过程与嫦娥五号类似，但仍面临不少新难题。 为此，五院嫦娥六号探测器团队投入了大量精力，做了许多技术改进：比如实现对嫦娥六号机械臂的精细控制，能做到“指哪儿挖哪儿、让挖多深挖多深”；为了让嫦娥六号能够稳稳着陆月背，团队利用以往型号遥感数据，对着陆区复杂地形地貌情况进行深入分析与确认，进一步降低着陆风险，保证选址区域分析完备、选址约束考虑全面、选址结果可信可用；为适应月背着陆，针对月面工作过程中定向天线对中继星指向跟踪的新需求，科研人员开展了多方案比较和仿真验证，在短时间内，突破了月背双定向天线对中继星自主跟踪控制关键技术……团队成员夜以继日地开展研究和验证，解决了一个个技术难题。 事实证明，我国探月任务的扎实推进，是努力拼搏、持续创新的结果。在五院研制队伍人员身上，全力攻关、勇攀高峰的信念坚如磐石，技术上追求卓越、质量管理上追求高标准的思路一以贯之。 在嫦娥六号任务地面验证区，有一块展板十分醒目，上面写着“追逐梦想、勇于探索、协同攻坚、合作共赢”，这正是这支探月队伍的真实写照，也将激励他们继续前行。 嫦娥六号任务有效载荷分系统周昌义团队 用玄武岩纤维“织”出“中国红” 本报记者喻思南 按照工程计划，完成月球表面无人自主采样后，嫦娥六号着陆器携带的五星红旗在月球背面展开。此时，38万公里外，北京航天飞行控制中心的周昌义，双眼紧盯着电脑屏幕，非常激动…… 周昌义是中国科学院国家空间科学中心研究员、嫦娥六号探测器有效载荷分系统总设计师。这次任务中的国旗展示是有效载荷分系统的任务之一。测控现场信息显示，全景相机对准了国旗并开启了动态摄像模式，国旗展开指令已发出，但屏幕上却迟迟没有看到国旗画面。 “会不会没有展开？”周昌义高度紧张。工作人员不断刷新系统，几分钟后，终于在屏幕上看到了国旗展开的画面。原来是动态摄像数据量大，北京航天飞行控制中心接收稍有延时。 那一刻，周昌义激动不已，心里的一块石头也终于落了地。 作为嫦娥五号的备份，嫦娥六号探测器在2017年就生产出来了，做出重大改动的可能性较低。2023年初，武汉纺织大学徐卫林院士团队找到周昌义，提出用玄武岩纤维制造月面国旗的想法。玄武岩纤维的旗面更平整、视觉效果好，还耐高温、耐低温、耐辐射，考虑到这些优点，为了更好的效果，周昌义觉得值得尝试。 然而，放弃已经在嫦娥五号上试验成功的方案，改用玄武岩纤维新旗面，如果出现在轨无法展开或者展示效果不佳等问题怎么办？周昌义和月面国旗研制团队必须进行大量试验，降低这些风险。 为验证月球表面复杂环境下玄武岩纤维新旗面国旗的性能，科研团队对国旗样品进行低温存储、低温热循环和热真空等试验。在月面展示国旗，若阳光被遮挡，照出的旗面会是黑的，影响展示效果。研制团队通过计算分析和地面外场试验，验证了国旗成像效果，给出了在月面拍照的最佳时间。“通过大量试验验证，我们拿出了翔实的试验数据，最终用玄武岩纤维‘织’出的‘中国红’在月背实现精彩展示。”周昌义说。 除了国旗展示系统，嫦娥六号探测器还配置了6种设备，周昌义团队负责对分系统各单机进行严格的寿命评估等。最终，分系统经受住了嫦娥六号任务的各项挑战。</section></article>