嫦娥五号落月密码：一身真功夫

嫦娥五号探测器落月过程。

为了采到2千克左右的月球样本，嫦娥五号需要解决不少难题，比如：落月时扬起层层月尘，迷住了“眼睛”怎么办？月面地形复杂，岩石坚硬，怎么能钻取样本？别担心，它提前练就了一身解难题的真功夫。

1“外脑”“外眼”：“火眼金睛”与“智慧大脑”

表面上看，着陆器“背着”上升器软着陆到了月面，但实际上，落月过程中，着陆器请了外援，GNC系统工作和指挥过程都借助了“外脑”和“外眼”。

“外脑”和“外眼”分别是上升器月面起飞时要用的“最强大脑”中央控制计算机，以及通过“看星星”确定自己姿态的星敏感器。这是设计人员根据“上升器全程陪同着陆器”的实际想出的妙招，既节约成本，又减轻重量。

距离月面较近时，嫦娥五号的主发动机难免激起月尘，污染星敏感器，从而影响上升器月面起飞工作。“我们专门设计了盖子，在距离月面一定的高度时把星敏感器的镜头盖起来，我们称之为‘天黑请闭眼’。”探测器抓总研制单位航天中国科技集团五院技术专家告诉记者，待落月后月尘散去，再“通知”星敏感器打开盖子。这一睁一闭之间，着陆器和上升器组合体已经顺利着陆在月亮之上了。

2着陆缓冲机构：稳稳一落多靠“腿”

嫦娥五号重量不小，稳稳一落功夫了得。着陆上升组合体在落月时，撞击月面会形成较大的冲击载荷。技术专家们早有预判，设计了相应的着陆缓冲系统，吸收着陆的冲击载荷，保证探测器不翻倒、不陷落。

着陆缓冲机构，通俗地说就是嫦娥五号的“腿”。这四条缓冲、支撑一体化的“腿”可不一般。着陆缓冲机构具有完全自主知识产权的“偏置收拢、自我压紧”式方案，保证了收拢简单、展开可靠，解决了着陆缓冲、着陆稳定性等多方面的问题。

与嫦娥三号的着陆缓冲设计方案相比，由于嫦娥五号任务难度增加，其着陆缓冲能力要求提高了30%，但机构重量指标却减少了5%。面临减重的难关，研制团队反复迭代，一旦发现新的减重突破口，就再次推翻之前的设计、继续修改，一遍遍的修正迭代后，终于满足了设计指标，确保嫦娥五号稳定可靠地与月球亲密“拥抱”。

3钻取子系统：挖土“利器”

挖土不能“徒手”使蛮力，工具必不可少。其中，钻取子系统是月球次表层自主钻取采样任务的关键技术之一；它给力，采样深度和采样量才能达到预期指标要求。

据介绍，钻取子系统研制历时十余年之久，练就了钻进能力、排粉能力、月壤适应性“三强”的独创钻头，确保“钻得动”。

这个钻头是“百里挑一”。“我们通过建立钻进与取芯能力评价体系，对比16种设计方案，最终确定双排钻牙阶梯构型，通过‘千锤百炼’来保证钻进过程顺畅可控，具备对8级硬度岩石的钻进能力。”据五院529厂专家介绍，钻头具备针对不同颗粒度月壤切削、拨、挤、排的能力，双排出刃形成多个切削面，具有较好的解决危险工况和大颗粒的能力。

此外，嫦娥五号还专门配备了智慧控制器，一边感受月壤硬度，一边调整钻取速度和力度。

4CMOS相机：拍照“神器”

CMOS相机，好比是探测器的“天眼”，全程监测探月过程。

在嫦娥五号着陆器上，有5台工程参数测量分系统相机。它们分别是钻取机构监视相机、采样过程监视相机A/B/C和分离上升监视相机。

“如果这5台相机独立设计，不仅每台相机比较重，而且总产热量太大会给相机热控设计造成困难，更会增加电缆网的复杂度和重量。”据五院508所技术专家介绍，考虑到可靠性和设计备份，团队近乎到了“无策可施”的困境。

“葫芦娃，葫芦娃，一个藤上七个瓜……”葫芦娃的故事竟带来启发。“每台相机内部都要配备一个供电转换系统，5台相机就是5个，如果‘合五为一’成一台总控制器，相当于省了4个供电转换系统，不仅降低总重和功耗，整星电缆数量和重量也会减少，一举多得！”硬件工程师张保贵说。

灵感有了，接下来便是实现的问题。“一拖五”并没那么简单，为了实现该方案，工程师们首次引入了FPGA+DSP处理架构，两芯片分工明确，其中FPGA主要对相机进行时序控制和图像预处理，DSP主要承担数据压缩任务。

5定向天线：地月之间架“桥梁”

38万公里外，嫦娥五号正在做什么，经历着什么样的考验？别着急，一口“小锅”满足监测需求，也满足你的好奇心。

据介绍，嫦娥五号所有的讯息，都通过着陆上升组合体的一口“小锅”来传送遥测数据。它是定向天线——把探测器上的数据传输到地面的发射转换装置。

从月球把数据发回地球，通信距离相比地面手机通信远了几万倍，这就需要采取特殊的对地定向天线帮忙。据介绍，定向天线包含反射面天线辐射器和双轴驱动机构。双轴驱动机构就像人的肩关节、肘关节，驱动反射天线辐射器灵活地转动，确保“小锅”始终对准地面。

综合《人民日报》《新民晚报》

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