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嫦娥五号开启我国首次地外天体采样返回之旅,背后离不开这些“上海智慧”

来源:科创上海

发布时间:2020-11-24

11月24日4时30分

我国在中国文昌航天发射场

用长征五号遥五运载火箭

成功发射探月工程嫦娥五号探测器

火箭飞行约2200秒后

顺利将探测器送入预定轨道

开启我国首次地外天体采样返回之旅


成功的背后

来自中科院上海技物所

中科院上海天文台

中科院上海硅酸盐所

中科院上海光机所

中科院上海有机化学所的科研人员

贡献出了“上海智慧”


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将提供月面着陆区的精确三维图像


上海技物所负责研制嫦娥五号月球矿物光谱分析仪、激光测距测速敏感器和激光三维成像敏感器。


月球矿物光谱分析仪是探测器有效载荷之一,将对月球表面着陆采样区进行光谱探测和矿物组成分布分析。激光测距测速敏感器、激光三维成像敏感器是姿态控制分系统的重要单机,是探测器能够成功软着陆月球表面的重要技术保障。激光测距测速敏感器将在探测器着陆月面时提供远程距离和速度信息,有望实现国际首次在月球探测器软着陆阶段使用激光多普勒测速技术进行三个正交方向速度测量。激光三维成像敏感器将在探测器悬停时提供月面着陆区的精确三维图像。


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科研人员调试月球矿物光谱分析仪


上海光机所承担了两个系统中的核心组件——三台激光器的研制。测距模块用激光器从环月阶段开始工作,通过大能量、窄脉宽激光来测量着陆器和月面的距离;三维成像敏感器激光器是在着陆器悬停时,利用高重频、窄脉宽脉冲激光瞬时对月面实施高精度三维成像,为选择精确的着陆点提供依据;激光器在减重20%的同时,满足了嫦娥五号更苛刻的振动力学要求。为了实现嫦娥五号着陆更加平稳,首次在着陆器上增加了测速模块,上海光机所设计了首个在着陆器上使用的窄线宽光纤激光器,实现了窄线宽(千赫兹量级)、低强度噪声的激光输出,从落月阶段开始工作,通过探测激光回波的频率信息来测量着陆器相对月面的速度,实现了空间应用系统从能量探测模式向频率探测模式的开拓。


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三维成像敏感器激光器

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测距敏感器激光器

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测速敏感器激光器


测角精度可达到百分之几角秒


作为探月工程测控与回收系统的重要组成部分,上海天文台牵头的中国甚长基线干涉测量(VLBI)网将与现有航天测控网,共同完成嫦娥五号探测器各飞行段的测定轨及定位任务。


VLBI是一项高精度测角技术,在月球与深空探测器快速、高精度定轨和定位方面,有着不可或缺的重要作用。我国的VLBI测轨分系统由北京站、上海站、昆明站和乌鲁木齐站以及位于上海天文台的VLBI数据处理中心(VLBI中心)组成。这样一个网所构成的望远镜分辨率相当于口径为3000多千米的综合口径射电望远镜,测角精度可以达到百分之几角秒


在嫦娥五号任务中,VLBI将参与探测器地月转移段、近月制动段、环月飞行段、着陆下降段、月面工作段、动力上升段、交会对接段、环月等待段和月地转移段等9个飞行段探测器的相对差分单项测距测量及探测器的轨道确定和预报;确定月面着陆点及月面起飞点的精确坐标,轨道器与上升器交会对接远程导引,月地转移段的轨道器与返回器分离点预报等。


为完成月球距离交会对接段的轨道器与上升器的动态双目标精确测量,VLBI采用了新的动态双目标同波束测量方式,VLBI中心采用全新设计的动态双目标数据处理与测定轨系统,观测站配置了新型多比特记录传输一体化VLBI终端。在任务前,利用VLBI仿真数据,演练了从月面起飞到交会对接过程的VLBI测量关键步骤,为嫦娥五号的VLBI测轨定位工作做了充分的准备。


在本次任务中,VLBI测轨分系统将在后续的三个多星期时间里,一直伴随嫦娥五号,为其保驾护航


有机热控涂层就像能调控温度的“衣服”


液浮陀螺仪是惯性导航系统中应用极为广泛的一种陀螺仪,具有精度高、可靠性高、环境适应能力强等优点,适用于飞机、航天器、空间站等导航和航姿系统中。在嫦娥系列探测器上,都使用了上海有机所生产的液浮陀螺仪专用氟油,保障了嫦娥系列探测器姿态控制系统的正常运行。


上海有机所有机热控涂层研制组是上世纪六十年代为满足我国第一颗人造卫星“东方红一号”研制而成立的。几十年来,几代研制组科研人员克服了大量技术和装备上的困难,研制出几十种不同用途的有机热控涂层,其中黑色有机热控涂层系列、白色有机热控涂层系列和其它颜色有机热控涂层系列产品,已应用于我国已发射和在研的各类卫星和航天器型号上。有机热控涂层就像一件能调控温度的“衣服”,“穿”在航天器和仪器的外表面。在嫦娥系列探测器上,同样使用了上海有机所研制生产的有机热控涂层,为航天器的正常工作温度环境保驾护航。


在此次航天任务中,上海硅酸盐研究所承担了热控涂层、高温抗氧化涂层、高温隔热屏、发动机包覆材料、柔性薄膜热控涂层及组件、耐烧蚀天线透波窗,以及大尺寸二氧化碲晶体、压电陶瓷等关键材料的研制。