上海造“地月巴士”运载月壤“回家”
文汇报2024-06-07 06:23
6月6日在北京航天飞行控制中心大屏幕上拍摄的嫦娥六号月球轨道交会对接与在轨样品转移动画模拟画面。 新华社记者 金立旺摄
北京时间昨天14时48分，嫦娥六号上升器与轨道器返回器组合体交会对接，并将月球样品安全转移至返回器中。在成功实施月球轨道交会对接任务之后，嫦娥六号即将踏上重返地球之旅。
5月3日，嫦娥六号探测器从文昌航天发射场发射升空，踏上月背征途。在远赴月球的旅程中，嫦娥六号探测器的“四器”——着陆器、上升器、轨道器、返回器分别承担不同的飞行任务。其中，中国航天科技集团第八研究院（上海航天技术研究院）抓总的轨道器作为贯穿任务全过程的核心产品之一，承担着地月往返运输的重要使命，它在相距38万公里的地月之间完成月球样品的“空中接力”，是名副其实的“地月巴士”。
继嫦娥五号成功实现我国首次地外天体采样返回后，嫦娥六号轨道器如今再次“发车”，这一次，它从38万公里外为我们带回月背的“礼物”。
灵活机动，大展“分身术”
发射升空后，轨道器的首要任务就是运输，它不仅需要具备强大的承载能力，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，稳妥完成月壤样品的“接收”“装箱”，并安全“投递”回地球。
飞行阶段多、器间状态多，轨道器必须携带足够的推进剂以及大量载荷，才能确保此程的安全无虞，但受到探测器整器重量的约束，轨道器需要解决高承载与轻量化的矛盾。
嫦娥六号轨道器运用大承载复杂构型轻量化结构等创新性关键技术，并采用多次分离复杂构型，通过在太空中完成“分离—组合—再分离—再组合”的变形过程，灵活机动、身轻如燕地实现地月往返运输任务。
其中，连接稳固、分离可靠的连接解锁与分离关键技术，成就了嫦娥六号的飞天之旅。据了解，在整个任务过程中，轨道器共实施6次分离，呈现出6种组合体状态，圆满完成地月往返运输、器间分离、交会对接与样品转移等重要任务，是目前最复杂的空间飞行器之一。
精准可靠，完成“太空接力”
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，是嫦娥六号此次月背采样返回任务的关键环节。
完成采样后，上升器从月面起飞，在进入环月轨道后与轨道器相遇。此时，如果采用载人航天工程中的弱撞击式对接，那么，仅有轨道器五分之一重量的上升器可能会面临被撞飞的风险。因此，嫦娥六号轨道器采用捕获式对接的方式，通过抱爪式对接机构，配合采用连杆棘爪式转移机构，确保月球样品容器可靠转移。
所谓抱爪式对接，形象地说就像我们手握棍子的动作。轨道器上配置3套K形抱爪，只要对准上升器连接面上的3根连杆，通过将抱爪收紧，就可以实现两器的紧密连接。而连杆棘爪式转移机构的设计则更为巧妙，倒三角形的棘爪构型像是我们经常使用的尼龙扎带，齿纹对准后只能进行单方向运动，通过连杆机构的4次伸缩、棘爪机构的可靠抓取，使得样品容器逐渐移动到返回器中。
由于月球轨道相对地球轨道有时延，时间走廊较小，因此，对于在轨高速运动的轨道器和上升器来说，捕获的机会转瞬即逝。21秒，是交会对接任务的极限挑战：1秒捕获，10秒校正，10秒锁紧。38万公里之外，机构动作一气呵成，实现两器之间的“抓得住、抱得紧、转得稳”，为嫦娥六号实施首次月背采样返回任务奠定坚实基础。
作者：史博臻
文：本报记者 史博臻图：新华社编辑：施薇
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