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      中國衛星導航定位協會

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      這些硬核技術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7分,嫦娥六號返回器攜帶來自月背的月球樣品安全著陸在內蒙古四子王旗預定區域,探月工程嫦娥六號任務取得圓滿成功。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,后續開展樣品儲存、分析和研究相關工作。

        6月25日,攜帶著“月背土特產”的嫦娥六號返回器載譽歸來,在內蒙古四子王旗預定區域安全著陸,標志著人類航天器首次月背采樣返回任務圓滿完成。

        實際上,從太空到四子王旗預定落點的歸家路可謂環環相扣、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,有著一系列硬核技術和明星產品護航。

        制導技術打出漂亮的“太空水漂”

        嫦娥六號返回器從月球風馳電掣奔向地球,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”。簡單說就是,返回器進入大氣層后,會像打水漂一樣彈起,利用大氣層阻力和大氣摩擦產生的熱量消耗自身能量,隨后再次進入大氣層,速度就會降到第一宇宙速度以下。

        “太空水漂”的最大風險是第一次穿越大氣層。在這個過程中,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。研制團隊開展了大量模擬飛行試驗,模擬了上千萬條飛行路線,以確保任務萬無一失。

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

        加工難度最高的“金鐘罩鐵布衫”

        高速進入大氣層的嫦娥六號返回器,需要經受高溫燒灼的考驗。研制人員充分借鑒嫦娥五號返回任務的經驗,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險,高質量金屬殼體必不可少。中國航天科技集團五院529廠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。各類艙體焊接類零件在與薄蒙皮進行焊接時,均為壁薄、弱剛度大懸空區域結構,若控制不好,會造成研制過程中應力變形,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,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量以及焊接變形控制效果,最終滿足了苛刻的整器外形面輪廓度要求。

        確保安全著陸的“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所研制的降落傘開始為后續旅途接力護航。

        為確保返回器安全著陸于預定地點,降落傘采用兩級減速方式。第一級降落傘是展開僅有2平方米的減速傘,負責幫返回器“踩一腳剎車”,隨后分離拉出主傘。第二級降落傘即主傘,展開面積約為50平方米,負責把返回器速度由時速300公里降低到時速50公里以內。

        回收任務中,除了降落傘這兩朵“紅花”,還有許多默默無聞的“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、過載開關、天線蓋火工鎖等。

        其中,回收控制器是回收系統的“大腦”,控制著每一個關鍵動作。它會在返回器距離地球數千公里時進入預備狀態。

        返回器進入大氣層后,壓力高度控制器如“耳朵”一般,通過“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,它會向回收控制器發出信號,回收控制器隨即發出彈傘艙蓋點火指令。

        接到指令后,4個彈射器瞬間將傘艙蓋推出。為保證它們同時均衡發力,需要非電傳爆裝置對彈射器進行精準同步轟擊。

        在返回器落地瞬間,安裝于返回器底部的過載開關感受到著陸沖擊,會立即發出信號。接到通知以后,回收控制器便指揮彈射天線蓋、斷開電源等系列動作。至此,帶著“月背土特產”的返回器平安回到地球。(記者 付毅飛)

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