作為探月三期的收官之戰(zhàn)，嫦娥五號(hào)將刷新人類無人月球采樣返回任務(wù)新紀(jì)錄。而軌道器作為貫穿任務(wù)全過程的核心產(chǎn)品，是名副其實(shí)的“太空郵差”——它將在相距38萬公里的地球和月球之間，構(gòu)建起一條太空“物流”的特殊通道，既承擔(dān)地月往返運(yùn)輸?shù)娜蝿?wù)，將乘客安全地送往目的地，又要在太空中穩(wěn)妥完成貨品的“接收”“裝箱”，將珍貴的月壤投送回藍(lán)色星球。

中國(guó)航天科技集團(tuán)八院嫦娥五號(hào)探測(cè)器副總設(shè)計(jì)師查學(xué)雷介紹，在整個(gè)任務(wù)過程中，軌道器在軌共有5次分離，6種組合體狀態(tài)，承擔(dān)地月往返運(yùn)輸、器間分離、交會(huì)對(duì)接與樣品轉(zhuǎn)移等關(guān)鍵任務(wù)，是目前最復(fù)雜的空間飛行器之一。

針對(duì)整個(gè)任務(wù)飛行狀態(tài)多、器間接口多、工作模式多、技術(shù)攻關(guān)難、地面驗(yàn)證難以及運(yùn)載與發(fā)射場(chǎng)新“三多、兩難、一新”特點(diǎn)，研制團(tuán)隊(duì)突破了4項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

高可靠連接分離技術(shù)：連得穩(wěn)、可靠分

嫦娥五號(hào)探測(cè)器由4個(gè)部分組合而成，多器分工合作的狀態(tài)造就了探測(cè)器在太空中不斷分離-組合-再分離-再組合的變形過程，這在我國(guó)航天器中絕無僅有。而軌道器就擁有5個(gè)分離面，既要保證組合狀態(tài)下器與器連得穩(wěn)固，同時(shí)又要確保分離過程的安全可靠，這是探測(cè)器研制的難點(diǎn)之一。

軌道器摒棄了傳統(tǒng)的艙段間包帶連接方式，創(chuàng)新采用多點(diǎn)高強(qiáng)度分離螺母進(jìn)行連接，通過在各分離面配置不同數(shù)量的分離螺母以滿足艙段間連接強(qiáng)度與剛度要求。同時(shí)雙作動(dòng)分離螺母包含兩套解鎖機(jī)構(gòu)，其中任意一套動(dòng)作就能確保分離面每一個(gè)分離點(diǎn)的可靠分離。連接穩(wěn)固、分離可靠的連接解鎖與分離關(guān)鍵技術(shù)，成就了嫦娥五號(hào)的從容飛天之旅。

月球軌道對(duì)接與樣品轉(zhuǎn)移技術(shù)：精準(zhǔn)接、無縫轉(zhuǎn)

嫦娥五號(hào)將在38萬公里外實(shí)施世界首次月球軌道自動(dòng)無人交會(huì)對(duì)接與樣品轉(zhuǎn)移。對(duì)接機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)位置精度和對(duì)中性是影響樣品容器轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵，對(duì)接精度要求達(dá)到毫米級(jí)。

為了解決這一難題，中國(guó)航天科技集團(tuán)八院研制團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地研制出了抱爪式對(duì)接機(jī)構(gòu)，配合采用棘爪式轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)無人交會(huì)對(duì)接的同時(shí)實(shí)現(xiàn)樣品容器的自動(dòng)轉(zhuǎn)移，這一技術(shù)是世界首創(chuàng)，成就了嫦娥飛天采樣返回中極為重要的一環(huán)。

在此基礎(chǔ)上，研制團(tuán)隊(duì)還構(gòu)建了整機(jī)特性測(cè)試臺(tái)、性能測(cè)試臺(tái)、綜合測(cè)試臺(tái)、熱真空試驗(yàn)臺(tái)四大世界一流的地面測(cè)試系統(tǒng)，充分驗(yàn)證對(duì)接與樣品轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)地面試驗(yàn)的有效性。

總體優(yōu)化與結(jié)構(gòu)輕量化技術(shù)：輕如燕、高負(fù)載

受探測(cè)器整體重量約束的影響，軌道器在具備強(qiáng)大的承載能力的同時(shí)，還得做到身輕如燕。

為了做到身材比例的完美，軌道器首次使用大承載復(fù)雜構(gòu)型輕量化結(jié)構(gòu)；首次創(chuàng)新使用多次分離復(fù)雜構(gòu)型；首次使用多冗余路徑復(fù)合傳力結(jié)構(gòu)，首次采用大承載復(fù)合材料一體成型插層變厚度承力球冠技術(shù)等七項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，結(jié)構(gòu)質(zhì)量比達(dá)到9.6%，真正做到了效能最優(yōu)。僅僅46千克的承力球冠能夠承載3噸貯箱，具備30噸的極限承載能力，真正做到“雞蛋殼上掛秤砣”。

通過積極創(chuàng)新設(shè)計(jì)，軌道器內(nèi)有錚錚鐵骨，外有完美身材，擎得起飛天夢(mèng)想，穩(wěn)得住每個(gè)動(dòng)作，成就了可靠的飛天嫦娥。

分布式綜合電子技術(shù)：分區(qū)管、高可拓

軌道器采用分艙段設(shè)計(jì)，各艙段都有對(duì)應(yīng)的配電管理、熱控管理、信息管理需求，如果按照傳統(tǒng)的模式進(jìn)行整器電氣設(shè)計(jì)，需要大量的跨艙段電纜進(jìn)行信息交互，對(duì)軌道器的重量設(shè)計(jì)、分離面設(shè)計(jì)、電纜網(wǎng)設(shè)計(jì)以及整器總裝造成負(fù)擔(dān)。

為此，研制團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出了分區(qū)域管理的分布式綜合電子單機(jī)設(shè)計(jì)思想，通過區(qū)域劃分和整體布局，最大可能地減少穿艙電纜與艙段內(nèi)硬線連接。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)還創(chuàng)新提出整器電氣管理的區(qū)域化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)思想，通過制定一系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，使得綜合電子系統(tǒng)做到從內(nèi)到外整齊標(biāo)準(zhǔn)，靈活組裝、易于拓展，跑得穩(wěn)軟件，傳得好信號(hào)，點(diǎn)得起火工品，控得住機(jī)構(gòu)。目前分布式綜合電子技術(shù)已在多種飛行器推廣應(yīng)用，走出了一條不同以往的新路。

作者：史博臻 王玓瑭

圖：中國(guó)航天科技集團(tuán)八院