中國衛星導航定位協(xié)會(huì )

這些硬核技術(shù)護送嫦娥六號安全回家
科技日報
2024/06/26 12:00

      6月25日14時(shí)7分,嫦娥六號返回器攜帶來(lái)自月背的月球樣品安全著(zhù)陸在內蒙古四子王旗預定區域,探月工程嫦娥六號任務(wù)取得圓滿(mǎn)成功。按計劃,回收后的嫦娥六號返回器在完成必要的地面處理工作后,將空運至北京開(kāi)艙,取出樣品容器及搭載物。國家航天局將擇機向地面應用系統移交月球樣品,后續開(kāi)展樣品儲存、分析和研究相關(guān)工作。

  6月25日,攜帶著(zhù)“月背土特產(chǎn)”的嫦娥六號返回器載譽(yù)歸來(lái),在內蒙古四子王旗預定區域安全著(zhù)陸,標志著(zhù)人類(lèi)航天器首次月背采樣返回任務(wù)圓滿(mǎn)完成。

  實(shí)際上,從太空到四子王旗預定落點(diǎn)的歸家路可謂環(huán)環(huán)相扣、不容有失??萍既請笥浾邚闹袊教炜萍技瘓F五院了解到,嫦娥六號安全回家的背后,有著(zhù)一系列硬核技術(shù)和明星產(chǎn)品護航。

  制導技術(shù)打出漂亮的“太空水漂”

  嫦娥六號返回器從月球風(fēng)馳電掣奔向地球,速度接近第二宇宙速度,如何減速是其安全到家的關(guān)鍵。為此,返回器需要采用“半彈道跳躍式返回”方式。

  這種方式也被形容為“太空水漂”。簡(jiǎn)單說(shuō)就是,返回器進(jìn)入大氣層后,會(huì )像打水漂一樣彈起,利用大氣層阻力和大氣摩擦產(chǎn)生的熱量消耗自身能量,隨后再次進(jìn)入大氣層,速度就會(huì )降到第一宇宙速度以下。

  “太空水漂”的最大風(fēng)險是第一次穿越大氣層。在這個(gè)過(guò)程中,大氣一方面要提供阻力降低返回器的速度;另一方面要提供升力,讓返回器在適當降速后能夠順利躍起,按規劃路徑精準返回。指揮嫦娥六號返回器完成這一高難度動(dòng)作的,是中國航天科技集團五院502所研制的制導導航與控制(GNC)系統。研制團隊開(kāi)展了大量模擬飛行試驗,模擬了上千萬(wàn)條飛行路線(xiàn),以確保任務(wù)萬(wàn)無(wú)一失。

  要打出漂亮的“太空水漂”,所需的核心技術(shù)叫作“全數字全系數自適應預測校正制導技術(shù)”。為了驗證該項技術(shù),我國于2014年專(zhuān)門(mén)發(fā)射了月地高速再入返回飛行試驗器,并在嫦娥五號、嫦娥六號任務(wù)中成功應用。

  加工難度最高的“金鐘罩鐵布衫”

  高速進(jìn)入大氣層的嫦娥六號返回器,需要經(jīng)受高溫燒灼的考驗。研制人員充分借鑒嫦娥五號返回任務(wù)的經(jīng)驗,根據不同部位對耐燒灼和隔熱需求的指標,為嫦娥六號返回器量身定制了既防熱又抗燒蝕的“外衣”。

  要確保返回器從容應對旅途風(fēng)險,高質(zhì)量金屬殼體必不可少。中國航天科技集團五院529廠(chǎng)研制人員為其打造了輕巧、堅固的“金鐘罩鐵布衫”。這是目前航天器研制體系中難度最高的小型超薄蒙皮—桁條—隔框類(lèi)焊接艙體。

  由于嫦娥六號返回器尺寸小、蒙皮厚度極薄,對外形面輪廓度和艙體法蘭尺寸精度要求更高。各類(lèi)艙體焊接類(lèi)零件在與薄蒙皮進(jìn)行焊接時(shí),均為壁薄、弱剛度大懸空區域結構,若控制不好,會(huì )造成研制過(guò)程中應力變形,影響艙體焊后的輪廓度。針對返回器球段法蘭的焊接結構特點(diǎn),研制團隊設計了分體式法蘭焊接工裝,大幅提高了艙體球段法蘭的焊縫質(zhì)量以及焊接變形控制效果,最終滿(mǎn)足了苛刻的整器外形面輪廓度要求。

  確保安全著(zhù)陸的“紅花”與“綠葉”

  嫦娥六號返回器穿越黑障后,由中國航天科技集團五院508所研制的降落傘開(kāi)始為后續旅途接力護航。

  為確保返回器安全著(zhù)陸于預定地點(diǎn),降落傘采用兩級減速方式。第一級降落傘是展開(kāi)僅有2平方米的減速傘,負責幫返回器“踩一腳剎車(chē)”,隨后分離拉出主傘。第二級降落傘即主傘,展開(kāi)面積約為50平方米,負責把返回器速度由時(shí)速300公里降低到時(shí)速50公里以?xún)取?/p>

  回收任務(wù)中,除了降落傘這兩朵“紅花”,還有許多默默無(wú)聞的“綠葉”共同完成工作。這些“綠葉”包括回收控制器、壓力高度控制器、彈射器、非電傳爆裝置、連接分離機構、減速傘脫傘器、傘艙、過(guò)載開(kāi)關(guān)、天線(xiàn)蓋火工鎖等。

  其中,回收控制器是回收系統的“大腦”,控制著(zhù)每一個(gè)關(guān)鍵動(dòng)作。它會(huì )在返回器距離地球數千公里時(shí)進(jìn)入預備狀態(tài)。

  返回器進(jìn)入大氣層后,壓力高度控制器如“耳朵”一般,通過(guò)“耳膜”感受壓力,計算出返回器所處的高度。當返回器到達距地面10公里左右時(shí),它會(huì )向回收控制器發(fā)出信號,回收控制器隨即發(fā)出彈傘艙蓋點(diǎn)火指令。

  接到指令后,4個(gè)彈射器瞬間將傘艙蓋推出。為保證它們同時(shí)均衡發(fā)力,需要非電傳爆裝置對彈射器進(jìn)行精準同步轟擊。

  在返回器落地瞬間,安裝于返回器底部的過(guò)載開(kāi)關(guān)感受到著(zhù)陸沖擊,會(huì )立即發(fā)出信號。接到通知以后,回收控制器便指揮彈射天線(xiàn)蓋、斷開(kāi)電源等系列動(dòng)作。至此,帶著(zhù)“月背土特產(chǎn)”的返回器平安回到地球。(記者 付毅飛)