今天（24日）凌晨，长征五号遥五运载火箭搭载“嫦娥五号”探测器在文昌航天发射场发射升空。在未来23天的地月“往返跑”中，这位“嫦娥”探测器系列中的“五妹”将完成从月面采样返回等多个任务，助力深化月球成因和演化历史等科学研究。
作为我国航天领域迄今最复杂、难度最大的任务，为保障“嫦娥五号”顺利完成任务，上海科研人员为此付出了大量心血：天马山脚下，上海天文台VLBI测控中心日夜无休；中科院上海有机所精心研制涂层，为航天器穿上保温“外衣”；落月过程中，激光测距测速仪由远及近为着陆器提供保障……
天马望远镜日夜无休为“五妹”精确定轨
近一个月来，位于佘山脚下的中科院上海天文台VLBI数据处理中心已开启“白+黑”的工作模式。作为探月工程嫦娥五号测控与回收系统的重要组成部分，上海天文台牵头的中国甚长基线干涉测量（VLBI）网将与现有航天测控网，共同完成嫦娥五号探测器各飞行段的测定轨及定位任务。在嫦娥“五妹”奔月的23天里，它将日夜陪伴，为其艰辛旅程保驾护航。
VLBI是一项高精度测角技术。我国的VLBI测轨分系统由北京站、上海站、昆明站和乌鲁木齐站，以及位于上海天文台的VLBI数据处理中心组成——这一网络所构成的“望远镜”，分辨率相当于口径3000多千米的巨大综合口径射电望远镜，测角精度可达百分之几角秒。
此次任务中，VLBI将参与探测器地月转移段、近月制动段、环月飞行段、着陆下降段、月面工作段、动力上升段、交会对接段、环月等待段和月地转移段等9个飞行段的探测器相对差分单项测距测量及探测器的轨道确定和预报、确定月面着陆点及月面起飞点的精确坐标、轨道器与上升器交会对接远程导引、月地转移段的轨道器与返回器分离点预报等。
为完成月球距离交会对接段的轨道器与上升器的动态双目标精确测量，VLBI采用了新的动态双目标同波束测量方式。通俗来说，也就是根据“五妹”各种不同状态，对各个航天器分别进行测定轨。
为此，VLBI中心采用全新设计的动态双目标数据处理与测定轨系统，观测站配置了新型VLBI终端。在任务前，科研人员还利用VLBI仿真数据，演练了各种关键步骤。
由远及近为“嫦娥”落月悉心探路
去月球“挖土”，安稳落月是前提。中科院上海技术物理研究所为“嫦娥五号”研制的激光“双雄”：激光测距测速敏感器、激光三维成像敏感器，今天随探测器一同升空，将在“五妹”月面软着陆过程中承担探路重任。
▲科研人员在调试相关载荷
激光“双雄”是姿态控制（GNC）分系统的重要单机，是探测器能够成功软着陆月球表面的重要技术保障。激光器作为其中的核心组件，由中科院上海光学精密机械研究所负责研制。根据计划，在着陆器落月过程中，它们将由远及近陆续开启——
当“嫦娥五号”进入环月飞行阶段，距离月面15千米时，激光测距测速敏感器的测距功能启动，通过大能量、窄脉宽激光来测量着陆器和月面间的距离。
为了使航天器着陆更加平稳，“嫦娥五号”首次在着陆器上增加了测速功能。当着陆器距离月面约3千米时，激光测距测速敏感器的测速功能开始工作，通过探测激光回波的频率信息来测量着陆器相对月面的速度,实现了空间应用系统从能量探测模式向频率探测模式的开拓。
当着陆器下降到距离月面100米，进入悬停状态时，激光三维成像敏感器开始利用高重频、窄脉宽脉冲激光，瞬时对月面实施高精度三维成像，为选择精确的着陆点提供依据。
激光测距和测速敏感器将有望实现国际首次在月球探测器软着陆阶段使用激光多普勒测速技术进行三个正交方向速度测量。据研制团队介绍，“嫦娥五号”所搭载的激光器较原先减重20%，团队通过艰苦攻关，最终满足了“嫦娥五号”更苛刻的振动力学要求。
保温“外衣”抵御月面200℃温差
在太空工作，航天器所处的空间热环境非常极端——在月球表面，没有大气缓冲，昼夜温差可从低于-100℃到超过100℃。为保证仪器设备表面温度处于正常工作状态，必须为它们“穿”上各种不同太阳吸收率和热辐射率的保温“外衣”，以保证设备仪器在合适的使用温度内工作。
在此次任务中，中国科学院上海硅酸盐研究所承担了热控涂层、难熔合金高温抗氧化涂层、高温隔热屏、发动机包覆材料、低温多层隔热组件、柔性薄膜热控涂层、以及耐烧蚀天线透波窗等关键材料的研制，而中科院上海有机化学研究所则承担了有机热控涂层，以及液浮陀螺仪专用氟油的研制。
这次的地月“往返跑”，使“嫦娥五号”的飞行距离大大增加，并且需要经过多次变轨才能实现“落月”与“返回”。因此，上海硅酸盐所研制出了高温抗氧化涂层、高温隔热屏、耐烧蚀天线透波窗，以及大尺寸二氧化碲晶体、压电陶瓷等材料，为“五妹”的精确变轨、完美着陆和顺利返回提供保障。
作者：许琦敏
图片：中科院提供
责任编辑：任荃
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