长征五号携手嫦娥五号奔向月球 西安分院为“五妹”全程护航

11月24日，我国探月工程嫦娥家族的“五妹”——嫦娥五号探测器正式出征。西安分院为嫦娥五号探测器研制了微波测距测速敏感器、测控天线、数传子系统以及交会对接微波雷达，为探测器实现“绕、落、回”全程护航。

探月工程嫦娥五号任务是我国探月工程第六次任务，将实现月面自动采样返回，助力深化月球成因和演化历史等科学研究，是我国航天领域迄今最复杂、难度最大的任务之一。探测器由轨道器、返回器、上升器、着陆器四部分组成。当嫦娥五号探测器由火箭发射升空后，整个探测器在完成地月转移后，实施近月制动。随后在环月轨道上，着陆器携带着上升器与轨道器分离，轨道器携带着返回器继续留在轨道上进行绕月飞行。在与轨道器分离之后，着陆器携带着上升器着陆于月球表面。

在完成月球表面月壤的采样之后，上升器借助自身动力上升到月球轨道并与轨道器进行交会对接。之后完成环月轨道交会对接样品转移，也就是将所采集到的月壤转移到返回器上。这一切都要在距离地球38万公里外的月球轨道完成。随后，轨道器携带着返回器实现月地转移，轨道器释放返回器，返回器在返回地球后实现再入回收。

　　“绕”——“贴身手机” 测控天线使“五妹”畅连地月

在距离地球遥远的38万公里之外，如何让嫦娥五号探测器“五妹”与地面建立顺畅的联系，这就依靠西安分院研制的测控天线。在“五妹”的地月转移、变轨环月的绕月阶段，动力下降、上升器的月面工作阶段以及交会对接阶段几乎所有的工作模式中都需要使用测控天线与地球进行测控通信。测控天线相当于是“五妹”随身携带的“手机”，与月球之间的测控通信主要依靠这部“手机”完成。

西安分院为“五妹”装备的“手机”不仅要考虑听觉的范围，而且还要确保其不受周围其他设备的干扰。因此，设计人员对于测控天线在上升器上的布局做了充分的考虑，保证其有效工作的同时，要求天线在旋转180度范围内没有遮挡。同时，设计人员还针对落月过程中的羽流影响等因素，进行了天线机、电、热一体化设计，确保了测控天线能够在落月、月尘以及月球表面极端苛刻的环境下可靠地工作。

从嫦娥一号卫星开始，西安分院就为我国探月工程任务研制了测控天线，成功地在月球和地面之间建立了测控通信的“天路”。

“落”——“泊车雷达”　微波测距测速敏感器让“五妹”安全着陆

在嫦娥五号探测器抵达月球轨道后，着陆器将携带着上升器着陆于月球表面。能否安全着陆于月球表面是嫦娥五号探测器任务的关键一步。西安分院为嫦娥五号研制的微波测距测速敏感器相当于在着陆器上安装了一部“泊车雷达”。

“这部雷达在着陆器距离月球表面15公里的时候正式开始工作，主要任务是测量着陆器与月球表面的距离以及着陆器下降的速度，并快速向上升器的制导、导航与控制分系统（GNC分系统）提供速度和距离的信息，以便于着陆器来判断降落的落点和速度。”西安分院微波测距测速敏感器主任设计师张爱军说。微波测距测速敏感器将极大方便“五妹”控制身姿顺利“泊车”。可以说，微波测距测速敏感器是嫦娥五号探测器感知落月路的明亮双眼。

西安分院研制的微波测距测速敏感器已经成功帮助嫦娥三号和嫦娥四号着陆于月球表面。在此前研制任务的基础上，西安分院对“五妹”的装备进行了升级和优化，确保“五妹”能够更安全可靠地着陆于月球表面。

“回”——“穿针引线”瞄“针眼”　交会对接微波雷达助力交会对接

上升器采集的月面样本，如何成功交付给返回器并顺利带回地球，就必须通过交会对接这一复杂的“神操作”才能完成。西安分院研制的交会对接微波雷达就是为距离地球38万公里外的“穿针引线”式的交会对接而设计的。交会对接微波雷达相当于为太空的“穿针引线”瞄“针眼”。

当上升器携带着月壤样品返回环月轨道后，轨道器对上升器实施追踪。在追踪至100公里范围内的时候，交会对接微波雷达开始工作。由西安分院研制的交会对接微波雷达可以测量上升器和轨道器之间的相对距离、方位、俯仰角度及其变化。这些数据信息都会源源不断地向轨道器的制导、导航与控制分系统（GNC分系统）这个中央处理器发送，为两器的交会对接提供实时的信息。除了通过测距、测速和测角为太空“穿针引线”瞄“针眼”之外，交会对接微波雷达还可以实现两器之间的通信。从两器相距100公里之间建立通信链路一直到两器相距0.2米的范围内，可以实现轨道器和上升器之间的双向通信，包括指令等一些信息都要通过器间的双向通信来实现。本报记者 周生来 通讯员 张学良

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