詹媛 李喬

12月19日，嫦娥五號從月球挖的“土”正式移交了相關(guān)科研單位，我國首次地外天體樣品儲存和研究工作拉開序幕?；仡櫞舜捂隙鹞逄栐虑蛲凇巴痢?，自11月24日，嫦娥五號發(fā)射入軌，經(jīng)歷了地月轉(zhuǎn)移、近月制動、在軌分離、平穩(wěn)落月、鉆表取樣、月面起飛、交接對接及樣品轉(zhuǎn)移、環(huán)月等待、月地轉(zhuǎn)移、再入回收等階段。各環(huán)節(jié)順利進行，離不開航天科研人員的科技保障。日前，筆者前往中國航天科工集團二院，一探該院多種保障嫦娥五號順利“繞、落、回”背后的科技力量。

測量雷達“緊盯”火箭飛行

在長征五號運載火箭帶著焰尾拔地而起的幾分鐘內(nèi)，該院23所兩部固定式脈沖測量雷達快速采集著火箭的飛行信息，確保指控中心能第一時間掌握全局，做好安全控制。

這是雷達測量的第一棒。從點火的那一刻開始，23所探測雷達像兩雙“鷹眼”，緊盯火箭飛行。據(jù)相關(guān)科研人員介紹，這兩部測量雷達主要用于運載火箭發(fā)射上升段的外彈道測量，為發(fā)射場指控中心實時提供火箭距離、方位、俯仰等精確坐標(biāo)信息和徑向速度數(shù)據(jù)，一旦火箭飛行出現(xiàn)偏移軌道的狀況，即刻就能發(fā)現(xiàn)。

因為不受雨雪臺風(fēng)等天氣因素影響，在火箭飛行觀測的初始階段，它們扛起了“大梁”。據(jù)介紹，這種測量雷達先后圓滿完成長征七號、長征五號首飛等數(shù)十次飛行任務(wù)，為嫦娥五號飛行保駕工作奠定扎實基礎(chǔ)。

聲表面波濾波器讓“嫦娥”更“耳聰”

在此次任務(wù)中，該院23所還提供了另外一個“神器”——自主研發(fā)的聲表面波濾波器，它們同時安裝在嫦娥五號及長征五號火箭中，主要應(yīng)用在測控、應(yīng)答機等分系統(tǒng)，全力保障嫦娥五號信號接收、過濾雜波，以及各分系統(tǒng)信號接收、處理。

“航天器發(fā)射中一旦有了信號干擾，地面接收到的信息就好比接聽串了線的電話?！毕嚓P(guān)人員介紹說，聲表面波濾波器能夠輕松過濾掉“高次諧波、鏡像信息、發(fā)射漏泄信號以及各類寄生雜波干擾”等各種干擾信號，保證發(fā)射場指控中心可以清晰接收準(zhǔn)確信號，“相當(dāng)于讓‘嫦娥更‘耳聰”。

據(jù)了解，為了濾除無用信號，更好助力嫦娥五號太空觀測，確保與地面中心的信號暢通，23所對每一個濾波器都精雕細琢，聲表濾波器的最細線條寬度達到0.3微米，相當(dāng)于頭發(fā)絲直徑的1/200，每一個合格的高可靠性聲表面波器件，都要在高倍顯微鏡下“過關(guān)斬將”并至少經(jīng)歷3次超聲波或等離子清洗，才能保證元器件的可靠性。

晶體元器件穩(wěn)住探月“脈搏”

嫦娥五號的頻率信號如同人體的脈搏，脈搏的穩(wěn)定是它穩(wěn)定正常工作的前提。

二院203所研制生產(chǎn)的數(shù)百只自主可控晶體元器件，作為嫦娥五號中電子設(shè)備的心臟，牢牢穩(wěn)住嫦娥飛行的“脈搏”。包括晶體振蕩器、石英諧振器等在內(nèi)的多種型號晶體元器件為嫦娥五號的發(fā)射、測控、在軌飛行、采樣、返回等提供了穩(wěn)定、可靠的頻率信號。

據(jù)介紹，203所研制生產(chǎn)的某型高性能時鐘晶體振蕩器，可以說是“功勛”產(chǎn)品，此前已大量運用在探月工程中。此次，在嫦娥五號任務(wù)中，它再次成為多面手，從充當(dāng)“千里眼”和“順風(fēng)耳”的通信設(shè)備、控制嫦娥精準(zhǔn)著陸的控制系統(tǒng)，到拍攝“廣寒宮”的光學(xué)電子設(shè)備、控制嫦娥采樣返回的控制系統(tǒng)，處處都有它忙碌的身影，全力保障嫦娥五號在遙遠的太空中“控得住”“采好樣”“順利返回”。

203所為嫦娥系列研制的抗沖擊溫補晶體振蕩器，具有頻率準(zhǔn)確、耐受沖擊的特點。此次嫦娥五號使用了數(shù)只這樣高精度的抗沖擊溫補晶體振蕩器，這些“神器”都是處于“關(guān)鍵崗位”，它們的輸出信號頻譜干凈，為嫦娥五號衛(wèi)星信標(biāo)機提供精準(zhǔn)信號，保證“嫦娥”平安回家。

另一型高精度溫補晶體振蕩器，是頻率控制的“大咖”，它可以輸出更加精準(zhǔn)穩(wěn)定的頻率信號。經(jīng)過進一步設(shè)計和工藝攻關(guān)后，能夠大幅提高嫦娥五號的性能指標(biāo)、可靠性、頻率穩(wěn)定度，溫度工作范圍提高了近一倍，并具有良好的環(huán)境適應(yīng)性。

微波雷達做“嫦娥”銳利的“眼睛”

依托首次月壤采樣返回任務(wù)，二院25所交會對接微波雷達首次實現(xiàn)月球軌道應(yīng)用。

25所自主研制的月球軌道交會對接微波雷達，是實現(xiàn)月球軌道交會對接和月壤轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵設(shè)備，用于嫦娥五號軌道器和上升器之間相對位置與相對姿態(tài)的精確測量，同時實現(xiàn)雙向空空通信，就像互相能看見的銳利“眼睛”，引導(dǎo)兩個航天器最終實現(xiàn)月球軌道交會對接，保證月壤采樣安全轉(zhuǎn)移。

不同于地球軌道交會對接，微波雷達在月球軌道交會對接是遠距離測量的唯一手段，也是保證上升器在環(huán)月軌道和軌道器對接并把月壤樣品轉(zhuǎn)移到軌道器的關(guān)鍵。

火箭發(fā)射后，微波雷達隨嫦娥五號探測器飛行約7天到達月球軌道，隨后雷達主機及天線隨軌道器與返回器形成的軌返組合體環(huán)月飛行，應(yīng)答機主機及應(yīng)答機天線隨著陸器與上升器落月完成月壤采樣。之后上升器從月面起飛進入環(huán)月軌道，開始月球軌道交會對接。微波雷達在交會對接階段工作，從約100km處開機工作，為導(dǎo)航控制分系統(tǒng)提供軌道器與上升器間的相對運動參數(shù)，同時進行雙向空空通信，直至對接機構(gòu)捕獲鎖定上升器，將上升器中的月壤樣品和容器轉(zhuǎn)移到返回器。

搬運外骨骼輕松抱“嫦娥”回家

當(dāng)嫦娥五號返回器在預(yù)定地點著陸后，該院206所搬運外骨骼助力回收大隊成功搜救返回器。

據(jù)介紹，這個搬運外骨骼包含上肢助力模塊和下肢助力模塊，負(fù)載能力達50公斤，通過電動直驅(qū)助力模塊及智能步態(tài)分析算法，配合人體上下肢關(guān)節(jié)發(fā)力，降低人體能耗，同時為穿戴者提供了上肢臂力、腰肌及臀大肌助力，在負(fù)重搬運機動時可省力約60%，幫助穿戴者承擔(dān)更大載荷，能夠更輕松地抱“嫦娥”回家。

此次任務(wù)中，兩名身穿外骨骼的搜救回收隊員攜帶搜救設(shè)備從直升機降落點快速機動至返回器著陸點，并在返回器旁插上一面鮮艷的五星紅旗。與此同時，搬運外骨骼還協(xié)助搜救回收大隊在返回器周邊快速搭建應(yīng)急通信、照明及電力保障體系，確保搜救回收任務(wù)快速、安全、高效完成，為整個嫦娥五號探月任務(wù)收官畫上圓滿句號。