嫦娥五号成功升空 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

11月24日4时30分,我国在文昌发射场用长征五号运载火箭,成功将嫦娥五号探测器送入预定轨道,发射任务取得圆满成功。嫦娥五号是我国探月工程“绕落回”三期任务的收官之战,将实现我国首次月球无人采样返回。

嫦娥五号由轨道器、着陆器、上升器、返回器组成。其中,由中国航天科技集团有限公司八院研制的轨道器,将承担地月往返运输、月球轨道交会对接、样品容器转移等重任,就像一位艺高胆大、超级炫酷的“太空快递小哥”,从地球出发赶到38万公里外的月球轨道上,取一份来自月球的珍贵样品,再快递回地球。

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

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。

月球轨道对接与样品转移技术

嫦娥五号将实现人类首次月球轨道交会对接。嫦娥五号轨道器与上升器采用的对接方式,与我国载人航天采用的对接方式有很大区别。载人航天采用的是“异体同构周边式对接机构”,嫦娥五号采用的是“抱爪式对接机构”,通过增加连杆棘爪式转移机构,实现对接与自动转移功能的一体化。这些设计理念均为世界首创,对接精度可以达到毫米级。

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。当轨道器和上升器对接完成后,可以巧妙地利用倒三角形构型的棘爪,通过伸缩,将容器逐渐移动到返回器中。1秒捕获、10秒校正、10秒锁紧,所有对接步骤要在这21秒内完成。

总体优化与结构轻量化技术

轨道器在具备强大的承载能力的同时,还必须“身轻如燕”。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。仅仅46kg的承力球冠能够承载3吨贮箱,具备30吨的极限承载能力,堪比“鸡蛋壳上挂秤砣”。

分布式综合电子技术

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。

每一项新技术的背后,都有无数的努力。10年来,八院的研制团队先后进行了661次对接测试、518次样品转移测试,通过不断地测试、优化,确保自动对接与样品转移过程的万无一失。