实盘杠杆平台 嫦娥六号踏上回家路,月背挖土、起飞是如何实现的?

发布日期:2024-07-05 04:27    点击次数:169

5月15日8时许实盘杠杆平台,在新加坡总统尚达曼和最高法院首席大法官梅达顺的见证下,72岁的李显龙在总统府正式卸任新加坡总理,“交棒”给现年51岁的副总理兼财政部长黄循财。

两名被熊袭击的警察伤势严重,不过没有生命危险。

今日7时38分,嫦娥六号上升器携带月球样品自月球背面起飞,3000N发动机工作约6分钟后,成功将上升器送入预定环月轨道。

嫦娥六号上升器月面起飞。

6月2日至3日,嫦娥六号顺利完成在月球背面南极-艾特肯盆地的智能快速采样,并按预定形式将珍贵的月球背面样品封装存放在上升器携带的贮存装置中。采样和封装过程中,科研人员在地面实验室,根据鹊桥二号中继星传回的探测器数据,对采样区的地理模型进行仿真并模拟采样,为采样决策和各环节操作提供重要支持。

智能采样是嫦娥六号任务的核心关键环节之一,探测器经受住了月背高温考验,通过钻具钻取和机械臂表取两种方式,分别采集了月球样品,实现了多点、多样化自动采样。

嫦娥六号着陆器配置的降落相机、全景相机、月壤结构探测仪、月球矿物光谱分析仪等多种有效载荷正常开机,按计划开展了科学探测,在月表形貌及矿物组分探测与研究、月球浅层结构探测等科学探测任务中发挥重要作用。探测器钻取采样前,月壤结构探测仪对采样区地下月壤结构进行了分析判断,为采样提供了数据参考。

嫦娥六号着陆器降落相机拍摄影像图。

嫦娥六号着陆器携带的欧空局月表负离子分析仪、法国月球氡气探测仪等国际载荷工作正常,开展了相应科学探测任务。其中,法国月球氡气探测仪在地月转移、环月阶段和月面工作段均进行了开机工作;欧空局月表负离子分析仪于月面工作段进行了开机工作。安装在着陆器顶部的意大利激光角反射器成为月球背面可用于距离测量的位置控制点。

表取完成后,嫦娥六号着陆器携带的五星红旗在月球背面成功展开。这是中国首次在月球背面独立动态展示国旗。该国旗由新型复合材料和特殊工艺制作而成。由于落月位置不同,嫦娥六号国旗展示系统在嫦娥五号任务基础上进行了适应性改进。

嫦娥六号着陆器降落相机拍摄影像图。

与地面起飞相比,嫦娥六号上升器没有固定的发射塔架系统,而是将着陆器作为“临时塔架”。与嫦娥五号月面起飞相比,嫦娥六号从月球背面起飞,无法直接得到地面测控支持,需要在鹊桥二号中继星辅助下,借助自身携带的特殊敏感器实现自主定位、定姿,工程实施难度更大。嫦娥六号上升器点火起飞后,先后经历垂直上升、姿态调整和轨道射入三个阶段,顺利进入了预定环月飞行轨道。

后续,上升器将与在环月轨道上等待的轨道器和返回器组合体进行月球轨道的交会对接,并将月球样品转移到返回器中;轨道器和返回器组合体将环月飞行,等待合适的返回时机进行月地转移,在地球附近返回器将携带月球样品再入大气层,计划降落在内蒙古四子王旗着陆场。

5月3日,嫦娥六号探测器发射升空,开启奔月之旅,历经近月制动、着陆器与上升器组合体和轨道器与返回器组合体分离,于6月2日成功着陆在月球背面南极-艾特肯盆地预选着陆区。

嫦娥六号携带的“移动相机”,自主移动并成功拍摄、回传着陆器和上升器合影。

瞄准月背新地标,采样设计验证功不可没

要顺利取得宝贵的月壤,离不开一系列关键核心技术的支撑。航天科技集团五院精心设计了钻采和表采结合的“挖土”模式,并且为嫦娥六号探测器装备了钻取采样装置、表取采样装置、表取初级封装装置和密封封装装置等“挖土神器”,让高难度的月背“挖土”更稳妥顺畅。

表取采样,就是用一个机械臂携带采样装置采集月球表面的土壤;钻取采样,就是用一根钻杆钻入月球表层预定深度,把较深层土壤采集出来,采样难度和不确定性更大。

其中,“钻得动”是研制团队最为关注的环节之一,并为此开展了大量地面试验与仿真分析。针对月背中继通信可能无法有效配合钻采作业这一极端工况,研制团队设计了应急程序,做好充分准备,能够通过“人机协作”方式,辅助嫦娥六号及时研判控制钻取风险,现场决策后续动作。

结合月壤特性,研制团队设计了“百里挑一”的独创钻头,通过对比多种设计方案,最终确定了取芯机构方案以及相应构型,使其具备高硬度岩石的钻进能力。同时,研制团队针对不同颗粒度月壤切削、拨、挤、排能力,让钻头形成多个切削面,在实现高效取芯的同时,具有良好的层序保持特性。

嫦娥六号探测器着陆区位于月球背面的南极-艾特肯盆地区域内,这片区域是月球最古老、最大的陨石撞击坑,具有极高的科学价值,因此在这里开展世界首次月背采样任务备受国内外广泛关注。尽管嫦娥六号月球样品采样封装技术继承了嫦娥五号的“钻表功能独立、月面真空密封”方案,但是月背更加复杂的环境,仍然给这次月背采样任务带来了前所未有的挑战。

为确保首次月背采样任务圆满完成,航天科技集团五院研制团队针对嫦娥六号任务特点,充分评估探测器自身及相关约束条件,对任务过程进行联合设计分析,确定了相应的工作形式和飞控模式,同时开展了采样过程自主序列化设计。

除此之外,研制团队还在任务实施前开展了大量试验验证,考核了嫦娥六号月面采样封装优化设计的正确性,验证了采样封装对月背环境的适应性,支撑完善了月背采样封装工作程序,演练了采样封装在轨故障处理预案,确保采样封装产品设计和操作流程可适应月背采样任务要求。

月壤封装细致入微,高效打包确保“原汁原味”

月球表面为高真空、高低温、月尘综合环境,要将38万公里之外的月球样品在无人条件下进行打包封装,历经空间飞行,再返回过程中经过力、热等复杂环境后不被地面环境污染,维持月球样品原态,这就需要研制一套专门的装置,能够在月表自动承接、密封样品,最终保证样品完好无缺地送回地球。面对自主采样返回的艰巨任务,研制团队接连突破了多项关键核心技术,确保嫦娥六号完成自动密封任务。

为保证取得的样品在提芯的过程中不发生掉落,研制团队经过多方案的筛选验证,设计采用了特定的封口方案,封口器采用扭转密闭式结构,并进行大应变材料设计,具有低力载、高可靠的特点,且长时间处于大变形承载状态下不发生应力松弛现象,实现了简单可靠的封口。针对采集的月壤样品具有可变形特征,嫦娥六号探测器还专门设计了特殊的提芯拉绳,确保取芯软袋具有确定的几何形状,方便样品传送和转移。

为将月壤封装容器与整形机构分离并传送至上升器内,研制团队设计了专门的分离和传送方案,不仅结构简单、操作易控、能耗低,还可实现不同着陆姿态下封装容器的精准传送。

嫦娥六号着陆器全景相机拍摄影像图。该图由全景相机在嫦娥六号表取采样前,对着陆点北侧月面拍摄的彩色图像镶嵌制作而成。图像上方是着陆点北部查菲环形山,图像的下方是着陆腿和着陆时冲击挤压隆起的月壤。

实现月背上的首次起飞,嫦娥踏上回家路

月面起飞是实施月面采样返回任务的一项关键动作,难度大,可靠性要求高。此次月面起飞是继嫦娥五号后我国第二次实施该动作,上升器上升和入轨的动作都由五院研制的GNC系统(制导导航与控制系统)智能自主完成。据回传的数据显示,上升器飞行过程稳定精准,充分展现了GNC系统的卓越性能和稳定性。两次月面起飞的工程实践,也将为后续深空探测任务的实施沉淀技术基础、积累实践经验。

不同于地面的航天器发射任务,月面起飞面临着诸多独特的挑战:地面发射有完善的发射场系统,而月面起飞都是“临时场地”;地面发射有保障团队支撑,而月面起飞许多工作需要靠航天器自主完成;地面发射的起飞位置和起飞姿态可以精准测算和调整,而月面起飞只能靠飞行器自主提前识别;地面发射针对尾焰有导流槽,而月面起飞只能“因陋就简”;地面临近发射时发现问题可以临时取消,而月面起飞经不起太长时间等待……尤其是嫦娥六号探测器从月球背面起飞,更是难上加难、险上加险,其中最大的难点是智能自主控制。

嫦娥六号的月面起飞分为起飞准备、垂直上升、姿态调整和轨道入射四个阶段,其在智能自主方面的进化主要体现在第一个阶段,即起飞准备阶段。嫦娥六号月背起飞没有地面的直接测控,与地面的联系都需要通过鹊桥二号中继星“转达”。从工程任务万无一失的角度考虑,必须要考虑到和中继星通信不畅的情况,于是,智能自主的起飞准备便成了嫦娥六号区别于嫦娥五号月面起飞任务中最主要的地方,包括自主的位置确定、自主的姿态确定、自主的起飞参数计算等。

嫦娥六号上升器的月面起飞准备工作在起飞前数小时就已开始,到了预定的起飞时刻,GNC系统就会控制上升器主发动机自行点火起飞,经过约6分钟的飞行后,准确进入预定环月轨道。整个起飞过程中的姿态控制、到达一定高度后的拐弯及最终的入轨都是由GNC系统控制的。

返程第一步的圆满成功使嫦娥六号任务的进度条又迈进了一大步。后续,上升器和轨道器返回器组合体将在月球轨道上演“追赶”和“牵手”。

【文字】南方+记者 王诗堃 徐勉

【统筹】 张志超 余佩




相关资讯