除了国旗展示系统,嫦娥六号探测器还配置了6种设备,周昌义团队负责对分系统各单机进行严格的寿命评估等。最终,分系统经受住了嫦娥六号任务的各项挑战。
周昌义是中国科学院国家空间科学中心研究员、嫦娥六号探测器有效载荷分系统总设计师。这次任务中的国旗展示是有效载荷分系统的任务之一。测控现场信息显示,全景相机对准了国旗并开启了动态摄像模式,国旗展开指令已发出,但屏幕上却迟迟没有看到国旗画面。
嫦娥六号任务首先面临的挑战是:探测器多年之前已经生产好,经过长期贮存,能否满足工程要求?对此,工程总体团队和探测器团队,共同研究确定了超期服役、需要更换的部件,对于无需更换的关键部件,进行了严格的寿命验证工作。
按照工程计划,完成月球表面无人自主采样后,嫦娥六号着陆器携带的五星红旗在月球背面展开。此时,38万公里外,北京航天飞行控制中心的周昌义,双眼紧盯着电脑屏幕,非常激动……
轨道器既要承载各器进入月球轨道、护送月背采样,还要在月球轨道进行交会对接与样品转移,稳妥地完成月壤样品的“接收”“装箱”,并安全将其运回地球。其中的关键环节之一,就是将上升器中装有月球样品的容器,转移到轨道器中的返回舱内。
与嫦娥五号任务不同,嫦娥六号在月背着陆采样,需要在鹊桥二号中继星的支持下开展工作。然而,需要中继星支持的目标很多,测控资源如何调配优化,工作程序怎样安排,精度能否达到要求?
“我国探月工程取得成功,关键在于规划了一张好的蓝图,并认真仔细地将这张蓝图绘到底。”王琼表示,未来,团队既要苦练内功,提升工程总体设计和验证能力,又要放眼世界,加强国际性重大航天工程的组织、管理和协调能力,为月球探测事业作出更多贡献。
作为嫦娥五号的备份,嫦娥六号探测器在2017年就生产出来了,做出重大改动的可能性较低。2023年初,武汉纺织大学徐卫林院士团队找到周昌义,提出用玄武岩纤维制造月面国旗的想法。玄武岩纤维的旗面更平整、视觉效果好,还耐高温、耐低温、耐辐射,考虑到这些优点,为了更好的效果,周昌义觉得值得尝试。
九天揽月星河阔,首次月背采样回。回忆起嫦娥六号任务的种种,八院轨道器团队成员感慨良多:有上会报告时的紧张,有通宵达旦测试时的疲惫,更有火箭起飞瞬间的激动和型号成功时的欢呼。团队成员刘志强表示:“我们用产品的确定性应对所有不确定性、用细致入微保障千余条指令的正确性、用满腔热情化解压力与疲劳,才换来最终的成功。”
这场远赴月球的探索之旅,嫦娥六号探测器的着陆器、上升器、轨道器、返回器分别承担着不同的任务。其中,由中国航天科技集团八院(以下简称“八院”)抓总研制的轨道器,在相距38万公里的地月之间完成月球样品的“空中接力”。
在任务准备阶段,为了解决轨道器高承载与轻量化的矛盾,八院研制团队突破了大承载复杂构型轻量化结构等关键技术;为了保证探测器6次分离顺利完成,科研人员攻克了连接解锁与分离关键技术;针对轨道器逆行轨道的飞行需求,团队还开展了热控、能源等专业的复核复算,确保任务万无一失……
在嫦娥六号任务地面验证区,有一块展板十分醒目,上面写着“追逐梦想、勇于探索、协同攻坚、合作共赢”,这正是这支探月队伍的真实写照,也将激励他们继续前行。
为了确保能在月背顺利“挖土”,嫦娥六号探测器采用表钻结合、多点采样的方式。背后负责这项工作的团队,来自中国航天科技集团五院(以下简称“五院”)。
然而,放弃已经在嫦娥五号上试验成功的方案,改用玄武岩纤维新旗面,如果出现在轨无法展开或者展示效果不佳等问题怎么办?周昌义和月面国旗研制团队必须进行大量试验,降低这些风险。
实际任务过程很顺利。“嫦娥六号落点选得好、落得好,非常易于采挖。”一名团队成员介绍,为了确保任务成功,团队进行了大量的地面试验。当任务完成时,“中”字逐渐显现,待国旗完全展开,一名队员兴奋地说:“你们看!五星红旗的展开位置,正好就在这个‘中’字图案的上方!”
为此,五院嫦娥六号探测器团队投入了大量精力,做了许多技术改进:比如实现对嫦娥六号机械臂的精细控制,能做到“指哪儿挖哪儿、让挖多深挖多深”;为了让嫦娥六号能够稳稳着陆月背,团队利用以往型号遥感数据,对着陆区复杂地形地貌情况进行深入分析与确认,进一步降低着陆风险,保证选址区域分析完备、选址约束考虑全面、选址结果可信可用;为适应月背着陆,针对月面工作过程中定向天线对中继星指向跟踪的新需求,科研人员开展了多方案比较和仿真验证,在短时间内,突破了月背双定向天线对中继星自主跟踪控制关键技术……团队成员夜以继日地开展研究和验证,解决了一个个技术难题。
对于在轨高速运行的轨道器和上升器来说,抓捕式对接的机会转瞬即逝。本次任务,两器对接21秒内完成:1秒捕获,10秒校正,10秒锁紧,38万公里之外,动作一气呵成,两器完美对接。
八院嫦娥六号试验队队长张玉花介绍,完成月背采样后,上升器从月面起飞,在进入环月轨道后与早已绕月飞行的轨道器相遇。如果采用载人航天工程中的撞击式对接,那么仅有轨道器1/5重量的上升器将面临被撞飞的风险。为了确保对接顺利,科研人员决定让轨道器采用抓捕式对接的方式,通过抱爪式对接机构(类似人们手握棍子的动作,实现两器的紧密连接),配合采用连杆棘爪式转移机构,确保月球样品容器的可靠转移。
事实证明,我国探月任务的扎实推进,是努力拼搏、持续创新的结果。在五院研制队伍人员身上,全力攻关、勇攀高峰的信念坚如磐石,技术上追求卓越、质量管理上追求高标准的思路一以贯之。
为验证月球表面复杂环境下玄武岩纤维新旗面国旗的性能,科研团队对国旗样品进行低温存储、低温热循环和热真空等试验。在月面展示国旗,若阳光被遮挡,照出的旗面会是黑的,影响展示效果。研制团队通过计算分析和地面外场试验,验证了国旗成像效果,给出了在月面拍照的最佳时间。“通过大量试验验证,我们拿出了翔实的试验数据,最终用玄武岩纤维‘织’出的‘中国红’在月背实现精彩展示。”周昌义说。
新锦江官网客服蟾宫再折桂的背后,离不开来自不同系统科研团队的协力攻关。日前,本报记者走进相关科研单位,分别采访嫦娥六号工程总体团队、轨道器团队、探测器团队、有效载荷分系统周昌义团队,记录他们矢志创新、砥砺攻关的生动故事。
“必须及早开始全景式分析,识别、化解风险。”王琼回忆,在任务开始阶段,工程总体团队就带领各系统,开展了全过程任务链分析,逐一剖析每个飞行阶段的关键动作、协同要求和所需资源,及时提出工程方案。为了研究这一个专题,前后经历了2个月,开了10多次专题会议。
国际合作是嫦娥六号任务的一大特色。本次任务搭载了4个国际载荷。国际载荷设备状态多、接口和流程复杂,确保国际合作项目进度、控制质量风险等难题又摆在团队面前。为此,团队一方面组织明确了国际载荷从设备交付、集成测试、在轨工作到数据接收与交换的全流程工作方案,制定各环节的规范化要求;另一方面建立联合工作组,及时协调技术和管理方面的问题。“国际合作伙伴都对本次国际合作表示很满意。”王琼说。
“月背采样是本次任务的一个重点。”嫦娥六号着陆后,科研人员按照传回的画面和数据小心翼翼开始操作。“尽管此前预想了各种可能的工况,但实操时仍然十分紧张,担心出现差错。”参与表取采样工作的团队成员介绍。
嫦娥六号任务包括探测器、火箭、测控等五大系统,历经11个飞行阶段,工作模式复杂、飞控事件密集,一环扣一环,任何一个环节都不能有丝毫差错。嫦娥六号任务副总设计师王琼所在的工程总体团队,负责工程的系统论证、总体设计和组织实施,同时还要随时应对可能出现的问题。“我们是工程实施的‘润滑剂’,一切工作都是为了保障此次探月任务像精密仪器一样运转。”王琼说。
“会不会没有展开?”周昌义高度紧张。工作人员不断刷新系统,几分钟后,终于在屏幕上看到了国旗展开的画面。原来是动态摄像数据量大,北京航天飞行控制中心接收稍有延时。
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