硬核技术助嫦娥六号“翩然落广寒”

本文转自：光明日报

作者：本报记者 张蕾

《光明日报》（ 2024年06月03日 08版）

6月2日在北京航天飞行控制中心屏幕上拍摄的嫦娥六号着陆器和上升器组合体着陆月背的模拟动画画面。新华社记者 金立旺摄

2024年6月2日凌晨，嫦娥六号着陆器和上升器组合体在鹊桥二号中继星支持下，成功着陆于月球背面南极-艾特肯盆地预选着陆区，再次上演“翩然落广寒”的精彩一幕。这标志着嫦娥六号成功跨过充满挑战的“落月”难关，为达成“人类首次月球背面自动采样返回”目标又向前迈进了关键一步。

在此过程中，来自中国航天科技集团五院的多项硬核技术帮助嫦娥六号轻盈落月背，尽显中国航天科技的智慧与力量。

自主控制高可靠，避障技术更成熟

嫦娥六号落月任务充分借鉴了我国多次地外天体软着陆的成功经验，不仅再一次展现了特有的粗精接力避障技术，还进一步推动该项技术走向成熟。

GNC系统，是制导（Guidance）、导航（Navigation）与控制（Control）系统的简称，它就好比嫦娥六号着陆器和上升器组合体在落月过程中的“驾驶员”，需要实时知道“我在哪儿”“我要去哪儿”和“我怎么去”。在极具挑战的落月过程中，该系统要完成“飞行轨迹控制”“安全着陆点选择”和“精准控制”三项核心任务。目前，“嫦娥家族”使用的GNC系统均由中国航天科技集团五院502所研制。

中国航天科技集团五院502所专家介绍，在下降过程中，嫦娥六号GNC系统需要自主选择一个既符合着陆要求，又能满足上升器月面起飞条件的落点，为后续的取土和起飞创造良好条件。之后，组合体开始径直飘移至选定落点的正上方并开始垂直下降，至月面特定高度时关闭主发动机，最终利用着陆腿的缓冲机构实现软着陆。

正是这先后两次的障碍识别与落点确定，展现了中国航天算法设计的精髓与核心技术的硬核力量——

“落月过程中，在GNC系统的智能自主操控下，嫦娥六号着陆器和上升器组合体边降落边快速调整姿态，对预定着陆区域拍照分析，选择着陆区域。然后，GNC系统会控制组合体飞向选定区域。”中国航天科技集团五院502所专家称其为第一次避障，即“粗避障”。

“在距离月面更近的预定高度时，着陆器和上升器组合体开始实施关键的短暂悬停，再次对月面进行拍照，精确避开障碍，选定最终落点”——显然，这就是专家所说的第二次避障，即“精避障”。

为适应月背降落，嫦娥六号GNC系统针对新的轨道以及鹊桥二号中继星通信部分进行了适应性调整。嫦娥六号相比嫦娥五号要消耗更多的推进剂，为此，研制人员对系统进行了针对性调整、优化和升级，既确保落月精度，也兼顾资源使用的经济性。

鹊桥通信再提速，月背对话实时通

落月时，地球上的控制中心和嫦娥六号探测器之间会产生大量的信息，这些信息的传输由航天东方红卫星有限公司（中国航天科技集团五院所属）抓总研制的鹊桥二号中继星支持完成。

与鹊桥中继星最远9万公里的距离相比，鹊桥二号中继星的远月点距离月面的最远距离约为1.6万公里，这使得它在天线口径不变的情况下，必须大幅提高通信速率。为此，研制团队为其巧妙设计了环月大椭圆冻结轨道，不仅提高了通信速率和通信覆盖能力，还可以节省燃料，有利于在轨道上长期驻留。此外，相较于鹊桥中继星，研制团队还将鹊桥二号中继星前向链路（从中继星到月面探测器）和返向链路（从月面探测器到中继星）的最高码速率提高了近10倍，对地数据传输链路的最高码速率提高了近百倍，这也让其通信能力“如虎添翼”。

值得一提的是，鹊桥二号中继星把同时接收探测器数据的数据传输通道，从鹊桥中继星的2路提高到了最多10路，“这样，在提升通信速率的基础上，又大幅增加了传输通道。这一设计让鹊桥二号中继星一下有了5个‘分身’，使得大量的数据通信成为可能，让不可见的月背降落一切尽在掌握。”航天东方红卫星有限公司专家解释。

“泊车雷达”测距精，“纤纤美腿”着陆稳

着陆月背，环环相扣，险象环生。由中国航天科技集团五院西安分院研制的微波测距测速敏感器，就像在着陆器上安装了一部“泊车雷达”，帮助着陆器和上升器组合体实现月背软着陆。

“这部‘雷达’在着陆器接近月球表面时开始工作，细致测量各项数据并传递精确信息，准确判断着陆点和降落速度，确保嫦娥六号控制身姿顺利‘泊车’，为安全精准着陆提供可靠保障。”中国航天科技集团五院西安分院专家形象地比喻道。

软着陆月背前，嫦娥六号着陆器和上升器组合体还要经受“最后一落”的冲击。由中国航天科技集团五院529厂量身定制的4条轻质、高强“纤纤美腿”，让嫦娥六号落月更轻盈。

可别小看这些“修长美腿”，它们的学名叫“着陆缓冲机构”，每条着陆腿由1个主腿、2个副腿和1个足垫组成，各有分工，各司其职。“着陆前，采用新型高强合金材料并填充特殊材料的主副腿协同工作，以便着陆时安全地支撑住探测器的身体，并传递、吸收各种冲击力。”中国航天科技集团五院529厂专家介绍，除了拥有“修长美腿”，嫦娥六号着陆器还搭配4个圆形大脚掌（足垫）——“看上去像4个大脸盆，直径差不多是普通人脚掌的2倍，其盆状结构以及设计巧妙的‘足弓’，可以起到更好的缓冲作用，防止探测器在着陆月背时摔倒，并提升嫦娥六号落月时的舒适‘脚感’”。

在着陆器动力下降阶段，由中国航天科技集团五院510所研制的着陆缓冲机构信号装置也开启了工作模式。当着陆器到达月球表面预定高度时，该设备就会被触发并产生信号，提醒着陆器明确自身的展开状态，准备在月面着陆。落月信号装置则是在着陆足垫接触月面时，受月面反作用力触发开关，关闭反推发动机，从而保证探测器安全平稳落下。

（本报北京6月2日电 本报记者 张蕾）