嫦娥五号万里通信一线传

探月工程是国家重大专项工程，探月三期技术跨度大、质量可靠性要求高，被认为是航天第四个里程碑，举世瞩目。嫦娥五号轨道器在探月三期任务中扮演着重要角色，负责地球与月球之间的往返。中国航天科技集团八院电子所承担了轨道器中的测控数传含天线和工程图像与测量2个分系统以及综合电子分系统中2台单机的研制任务。电子所的产品架起了轨道器在地月之间的桥梁，获取轨道器关键任务环节中的图像，测量轨道器在器箭分离过程中关键部位力学特性参数，传递轨道器和地面站之间的信息，确保探测任务圆满完成，并为后续工作提供相应的参考。减重3.6千克：每克重量比黄金还贵月球探测距离达到40万公里，相比近地探测通信距离增加了十倍多，要完成携带月壤采集样本返回的功能，且火箭的承载能力有限，飞行器的重量就成了非常关键的性能指标要求。毫不夸张的说，减少1克的重量所付出的代价远比1克黄金还贵重。工程图像与测量分系统肩负着探测器太阳翼天线展开、各次分离对接、月球采样样品容器转移等过程的监视任务，任务多而繁杂，要求可识又可靠，又要实现关键事件监视备份。要达到这样的任务，理论上至少需要13台摄像机才能满足任务需求。同时，为了对抗空间舱外恶劣环境及光照环境，必须采取合理有效的防护措施，如采用大遮光罩等，按传统的设计，镜头、电路板等机电热组合而成的一台摄像机，最轻的也要0.5千克左右。工程图像与测量分系统主任设计师吴红松介绍道。面对不可能实现的重量要求，分系统从空间、时间双维度进行创新设计。在空间维度，研制团队通过设计建模进行场景重建，引入三维动画模拟仿真技术，通过安装位置和视场角度两个参数的多轮仿真迭代，最终确定了每个摄像机最小视场角和最优安装布局，保证单个摄像机至少可兼顾二个手型抱爪机构，且保证其中一个摄像机清晰监视月球样品容器转移全过程。别小看这一个位置的确认，设备安装在梯形对接舱上，面对布局受限且安装面存在高度差的困难，付出了团队一年的心血。回忆起那段奋斗的日子副主任设计师叶盛还是感慨万千。在时间维度上，分系统团队逐一对各项监视任务进行分析，采用错峰分时，开创性地提出了摄像和压缩编码分离的策略，即一个图像编码器带三路视频图像接入的一拖三的单机设计方案。通过工作模式切换，三个监视任务分时实施高清图像编码压缩功能，不仅可传输视频图像还能拍摄高清晰度照片，完成三个主要活动场景的图像监视任务。通过压缩编码模块的重复利用，精简硬件电路，在满足分系统任务需求的前提下，最终分系统配套的摄像机由13台降至4台，分系统的总质量从原来的6.5千克减重到2.9千克，为整个探测器贡献了比黄金还贵重的3.6千克重量。节约一整套设备：精工细作只为完美指标轨道器测控数传分系统从发射前开机到轨道任务完成一直保持工作，前后20多天，还需根据飞行距离切换不同模式、实现不同功能。同时加上太空环境的恶劣和火箭的有限承载能力，使得测控数传产品的指标极其苛刻，唯有精耕细作方能达到要求。轨道器测控数传分系统设计师苗瑞琴介绍道：嫦娥五号数传分系统产品功能丰富，不仅具有遥控、遥测、测量等基本的测控功能，还要支持大容量图像数据的下传。这对传统是一个颠覆，更是一个挑战。苗瑞琴深知前期总体设计的重要性，通过查阅国内外技术资料，对设计方案反复进行测试验证和性能优化，带领团队经过了十多轮方案迭代，每一次失败，都如跌入低谷，但看着深夜的星空，我们又感觉充满了力量，因为我们知道离成功又近了一步。苗瑞琴回忆道，最终，团队提出了针对不同飞行阶段下的多模式工作方案，成功地解决了近地、远地、环月飞行环境多样性难题，完美地完成了上述要求的各项功能。完美的方案需要完美的产品来实现。在有限的资源条件下，遥远的距离需要测控产品具有极高的接收灵敏度。作为测控分系统的前端产品应答机，不仅要满足高灵敏度、高动态接收要求，还面临变速率信号在X频段调制发射等众多技术难点。应答机主管设计师王文伟不畏艰难，虚心请教各位专家，攻克了所有技术难点，产品体积、重量、功耗等关键指标遥遥领先于国内同类产品，与常规的低轨卫星测控产品相比，灵敏度提高了100倍。同时，应答机还将传统的测控通信和数据传输功能整合在一台产品中，相当于节约了一整套数传设备，与同功能的系统相比，减重约10多公斤，节省功耗约55瓦，为整器节约了宝贵的资源，也为后期产品研制奠定了坚实的基础。作者：史博臻韩灿锋孙晨图：中国航天科技集团八院编辑：张懿责任编辑：戎兵*文汇独家稿件，转载请注明出处。