探月“神器”上海“智造”

作为探月三期的收官之战，嫦娥五号将刷新人类无人月球采样返回任务新纪录。而轨道器作为贯穿任务全过程的核心产品，是名副其实的“太空邮差”——它将在相距38万公里的地球和月球之间，构建起一条太空“物流”的特殊通道，既承担地月往返运输的任务，将乘客安全地送往目的地，同时又要在太空中稳妥地完成货品的“接收”“装箱”，将珍贵的月壤投送回蓝色星球。

中国航天科技集团有限公司八院（上海航天技术研究院）承担了嫦娥五号轨道器的研制任务。“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。”八院嫦娥五号探测器副总设计师查学雷介绍。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等特点，研制团队突破了4项关键技术：高可靠连接分离技术、月球轨道对接与样品转移技术、总体优化与结构轻量化技术、分布式综合电子技术。

连得稳 分得巧

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。

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，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连接，通过在各分离面配置不同数量的分离螺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。

精准接 无缝转

嫦娥五号将实现人类首次月球轨道交会对接。虽同名“交会对接”，但嫦娥五号采用的对接方式与我们所熟悉的载人航天采用的对接方式有很大的区别。载人航天使用的对接机构学名叫异体同构周边式对接机构，在对接后可形成一个80厘米左右的通道，方便航天员在其中穿行。而与近地轨道的任务不同，月球探测对探测器的质量和空间有严苛限制，嫦娥五号的对接机构必须做到小而精，其重量要减小到周边式对接机构的十五分之一，同时，还要具备样品容器捕获、自动转移功能。

“抱爪机构具有重量轻、捕获可靠、结构简单、对接精度高等优点。因此，我们在嫦娥五号上采用了抱爪式对接机构，通过增加连杆棘爪式转移机构，实现了对接与自动转移功能的一体化，这些设计理念都是世界首创。”中国航天科技集团有限公司八院嫦娥五号探测器副总指挥张玉花介绍说。

“所谓的抱爪，其实形象地说，就像我们手握棍子的动作，两个方向一用力，就可以把棍子牢牢地握在手中。”嫦娥五号轨道器技术副总负责人胡震宇介绍。探测器采用的对接机构就是由3套K形抱爪构成的，当上升器靠近时，只要对准连接面上的3根连杆，将抱爪收紧，就可以实现两器的紧密连接。

而轨道器和上升器对接完成后，还要将上升器上装有月壤的样品容器转移到返回器中。胡震宇介绍：“我们利用2套倒三角形构形的棘爪，通过4次伸缩，使得容器逐渐移动到返回器中。相连后就只能单方向传递，只能前进不能后退。”

捕获、收拢、转移，要在38万公里之外高速运行的飞行器上实现，难度很高。对接全步骤要在21秒内完成，1秒捕获、10秒校正、10秒锁紧。为此，研制人员做了35项故障预案，从启动开始到交会对接，全部采用自动控制。

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。

分区管 易拓展

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设计整器电气，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。本报记者 叶薇 通讯员 王玓瑭