2020年12月1日,在经历了为期一周的地月转移、近月制动、环月飞行之旅后,“嫦娥五号”探测器的着陆上升组合体成功实施在月面预定区域的软着陆。历经主动减速、快速调整、接近、悬停避障、缓速下降和自由下落段,这稳稳的一落看似轻盈轻松,却蕴藏着“嫦娥五号”探测器抓总研制单位航天中国科技集团五院的众多智慧和积淀。
 
嫦娥五号完美落月,背后黑科技令人惊叹
三维模拟动画图。 北京航天飞行控制中心 供图
GNC高精度关键技术
“嫦娥五号”任务的落月和近月制动一样,都是只有一次机会,必须一次成功。由于涉及采样后上升器的月面起飞,所以,“嫦娥五号”落月的过程也是为后续上升器月面起飞选择“发射场”的过程。相较于“嫦娥三号”和“嫦娥四号”,“嫦娥五号”对于着陆点的位置精度和平整度方面的高要求是空前的,需要一个着陆区域内无太高的凸起、无太深的凹坑,坡度要符合任务要求。可以说,落月的过程就是边飞行边找寻落点,在15分钟内完成约600公里外的全程自主跳伞。
 为了实现“选址正确,落得准确”,“嫦娥五号”采用了五院502所已经在“嫦娥三号”和“嫦娥四号”上应用的“粗精接力避障”的方式,即502所研制的制导导航与控制(GNC)系统的指挥下,着陆器和上升器组合体先是大推力反向制动快速减速,然后快速调整姿态并对预定落区地形进行拍照识别,避开大的障碍,实现“粗避障”,然后组合体在飞到距离月面100米时悬停,并再次对选定区域进行精确拍照,实现“精避障”,之后再斜向下飘向选定的着陆点,在移动到着陆点正上方之后开始竖直下降,到距离月面较近时关闭发动机,然后利用着陆腿的缓冲实现软着陆。
 从月球把数据发送回地球,通信的距离相比地面手机通信远了几万倍,这就需要采取特殊的对地定向天线来发送数据。五院总体设计部设计的定向天线包含了反射面天线辐射器、双轴驱动机构。双轴驱动机构就像人的肩关节、肘关节,驱动反射天线辐射器灵活地转动,确保“小锅”始终对准地面。为了使整器减重,此款反射面天线极致轻量化设计,相比同类天线减重40%以上,既轻便又可靠。