嫦娥揽月｜上海牌“太空邮差”是怎么炼成的

嫦娥五号是我国探月工程“绕落回”三期任务的收官之战，将实现我国首次月球无人采样返回。

中国航天科技集团有限公司八院（上海航天技术研究院）承担了长征五号助推器和嫦娥五号轨道器的研制任务。4个助推器提供了长征五号起飞90%的推力。轨道器作为主动飞行器将承担地月往返运输、月球轨道交会对接、样品容器转移等任务，将实现人类首次月球轨道无人自动交会对接和样品转移、我国首次深空环境多次分离、首次月地转移入射等。

嫦娥五号探测器。中国航天科技集团有限公司
图助嫦娥五探月：上海牌“三多”轨道器发射升空后，嫦娥五号轨道器携带着陆器、上升器以及返回器完成地月转移、中途修正和近月制动。进入环月轨道后，轨道器与着陆上升组合体分离，携带返回器留轨。之后，轨道器将与从月面起飞的上升器进行主动交会对接，完成人类首次月球轨道自动交会对接任务，并将上升器携带的样品容器转移至返回器；与对接舱、上升器组合体分离后，轨道器将携带返回器进入月地转移轨道，在距离地球
5000千米处将返回器分离，并保证其再入初始条件。

嫦娥五号轨道器作为地月往返运输器，其工作贯穿整个探测任务始终，在技术上呈现“三多”的特点：

一是飞行阶段多。轨道器参与运载发射、地月转移、近月制动、环月运行、月面下降、月面工作、月面上升、交会对接、环月等待、月地转移和再入回收等探测器系统11个飞行阶段中的8个阶段，史无前例。

二是器间状态多。轨道器在飞行过程中有6种组合体状态，承担器间分离、交会对接与样品转移等关键任务，多种组合体飞行状态，器间接口复杂，轨道器任务过程要经历多次的变轨和姿态调整，轨道飞行、姿态控制难度大，机、电、热接口可靠性要求高。

三是分离次数多。轨道器要顺利完成地月转移，并将装有样品容器的返回器带回地球，整个过程涉及5次分离，包括与火箭分离、与着陆上升组合体分离、与支撑舱分离、与对接舱上升器组合体分离、与返回器分离，在轨分离次数多，分离环境复杂，系统设计难度极大。

“在整个任务过程中，轨道器在轨共有5次分离，6种组合体状态，承担地月往返运输、器间分离、交会对接与样品转移等关键任务，是目前最复杂的空间飞行器之一。”中国航天科技集团八院嫦娥五号探测器副总设计师查学雷介绍说。针对整个任务飞行状态多、器间接口多、工作模式多、技术攻关难、地面验证难以及运载与发射场新“三多、两难、一新”特点，研制团队突破了4项关键技术。

嫦娥五号探测器结构示意图，最下面的是轨道器。高可靠连接分离技术：连得稳、可靠分嫦娥五号探测器由4个部分组合而成，多器分工合作的状态造就了探测器在太空中不断分离-组合-再分离-再组合的变形过程，这在我国航天器中绝无仅有。而轨道器就拥有5个分离面，既要保证组合状态下器与器连得稳固，同时又要确保分离过程的安全可靠，这是探测器研制的难点之一。

轨道器摒弃了传统的舱段间包带连接方式，创新采用多点高强度分离螺母进行连接，通过在各分离面配置不同数量的分离螺75母以满足舱段间连接强度与刚度要求。同时双作动分离螺母包含两套解锁机构，其中任意一套动作就能确保分离面每一个分离点的可靠分离。连接稳固、分离可靠的连接解锁与分离关键技术，成就了嫦娥五号的从容飞天之旅。

月球轨道对接与样品转移技术：精准接、无缝转

嫦娥五号将在38万公里外实施世界首次月球轨道自动无人交会对接与样品转移。对接机构中的运动位置精度和对中性是影响样品容器转移的关键，对接精度要求达到毫米级。

为了解决这一难题，航天科技集团八院创造性地研制出了抱爪式对接机构，配合采用棘爪式转移机构，在自动无人交会对接的同时实现样品容器的自动转移，这一技术是世界首创，成就了嫦娥飞天采样返回中极为重要的一环。

在此基础上，研制团队还构建了整机特性测试台、性能测试台、综合测试台、热真空试验台四大世界一流的地面测试系统，充分验证对接与样品转移机构地面试验的有效性。

轨道器助推整个探测器飞向月球示意图。总体优化与结构轻量化技术：轻如燕 高负载受探测器整体重量约束的影响，轨道器在具备强大的承载能力的同时，还得做到身轻如燕。

为了做到身材比例的完美，轨道器首次使用大承载复杂构型轻量化结构；首次创新使用多次分离复杂构型；首次使用多冗余路径复合传力结构，首次采用大承载复合材料一体成型插层变厚度承力球冠技术等七项创新技术，结构质量比达到9.6%，真正做到了效能最优。仅仅46千克的承力球冠能够承载3吨的贮箱，具备30吨的极限承载能力，真正做到“鸡蛋壳上挂秤砣”。

通过积极创新设计，轨道器内有铮铮铁骨，外有完美身材，擎得起飞天梦想，稳得住每个动作，成就了可靠的飞天嫦娥。

分布式综合电子技术：分区管 高可拓

轨道器采用分舱段设计，各舱段都有对应的配电管理、热控管理、信息管理需求，如果按照传统的模式进行整器电气设计，需要大量的跨舱段电缆进行信息交互，对轨道器的重量设计、分离面设计、电缆网设计以及整器总装造成负担。

为此，研制团队创新提出了分区域管理的分布式综合电子单机设计思想，通过区域划分和整体布局，最大可能地减少穿舱电缆与舱段内硬线连接。同时，团队还创新提出整器电气管理的区域化、标准化、模块化设计思想，通过制定一系列标准规范，使得综合电子系统做到从内到外整齐标准，灵活组装易于拓展，跑得稳软件，传得好信号，点得起火工品，控得住机构。目前分布式综合电子技术已在多种飞行器推广应用，走出了一条不同以往的新路。

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