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原创 2024-06-06 18:43·上观新闻
6月6日，嫦娥六号上升器成功与轨道器返回器组合体交会对接，并将月球样品安全转移至返回器。
作为目前中国航天史上最复杂的任务之一，嫦娥六号将首次在月球背面“挖土”并带回地球。其中，中国航天科技集团八院抓总的轨道器，承担着地月往返运输的重要使命，成为名副其实的“地月巴士”。
在这场旅程中，它如何护送“嫦娥”奔月取壤，从38万公里外带回月背的“礼物”？
精准“太空接力”
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，是嫦娥六号本次月背采样返回任务的关键环节。
按照流程，完成采样后，上升器从月面起飞，在进入环月轨道后与绕月飞行轨道器相会。此时，如果采用载人航天工程中的弱撞击式对接，那么仅有轨道器1/5重量的上升器，就会面临被撞飞的风险。为此，嫦娥六号轨道器采用捕获式对接的方式，通过抱爪式对接机构，配合采用连杆棘爪式转移机构，确保了月球样品容器的可靠转移。
所谓的抱爪式对接，可以想象手握棍子的动作。轨道器上配置了3套K形抱爪，只要对准上升器连接面上的3根连杆，将抱爪收紧就可以实现两器的紧密连接。
连杆棘爪式转移机构的设计则更为巧妙，它就像是我们经常使用的尼龙扎带，齿纹对准后只能进行单方向运动，通过连杆机构的4次伸缩、棘爪机构的可靠抓取，样品容器逐渐移动到返回器内。
月球轨道相对地球轨道有时延，时间走廊较小。对于在轨高速运动的轨道器和上升器来说，捕获的机会转瞬即逝。21秒，是交会对接任务的极限挑战：1秒捕获，10秒校正，10秒锁紧。
38万公里之外，动作一气呵成，实现了两器之间“抓得住、抱得紧、转得稳”，为嫦娥六号实施首次月背采样返回任务奠定了坚实基础。
预防高温“烧伤”
嫦娥六号从地球出发，以约10km/s的速度奔向月球。来到月球近月点时，必须及时将速度调到3km/s，才能被月球引力捕捉。如果太空刹车力度不够，速度没有降下来，探测器将滑入外太空；如果太空刹车过猛，就可能与月球碰撞。
为了踩好“太空刹车”，嫦娥六号轨道器配备了1台3000牛推力的轨道控制发动机，进行引力捕获时的制动减速控制。然而，在这样的地月转移过程中，发动机工作时温度会升至1100至1300℃，如果热防护做不到位，轨道器就会被高温“烧伤”。
通过反复试验，中国航天科技集团八院509所热控研制团队开创性地提出了二次热防护复合系统。一方面采取高中低温复合隔热多层，将发动机1300℃高温辐射影响降低到常温状态，另一方面，根据不同设备的温度需求个性化定制，进行二次热防护。层层防护让器上重要载荷单机远离高温的“烘烤”，打造舒适的“旅行”体验。
考验还没有结束。在环月飞行等候“取件”阶段，嫦娥六号又会经历极为恶劣的热环境。受阳光照射时急剧升温，以及内部电子设备工作产生大量热量的影响，轨道器温度将升至120℃以上；而进入月影时，温度骤然下降，设备恰好处于非工作状态，极端状态下轨道器温度降至-170℃以下。
面对“阴”和“阳”的两极反转，以及内部设备的“作息”切换，轨道器需要设计充足的散热面，以满足“阳面”高温散热需求，遇到“阴面”低温时，则需要开足“电热毯”来保温。
为此，团队探索出一套错峰补偿的控温策略，通过对509所研制的在轨卫星海量运行数据的挖掘，总结出热控涂层等材料参数的空间影响因素和性能变化规律。研发人员建立起准确的温度场在轨预测模型，针对每台设备的在轨温度特性“对症下药”，将整器热控做到了温控指标最优化、自主管理智能化、能源节省最大化，为任务成功提供有力支撑。
开启“全能之眼”
2020年12月6日凌晨，嫦娥五号上升器与轨道器顺利交会对接，完成月球样品转移，一段标注有“双谱段监视相机-可见光”的视频片段，将我国首次月球轨道交会对接的历史时刻，真实呈现在国人眼前。彼时，嫦娥六号的双谱段监视相机正静静躺在控制所洁净厂房内的“宝盒”中。
时隔四年，它终于大展身手。在交会对接与样品转移过程中，与嫦娥五号那时的“阳光明媚”不同，这一次可以说是 “月黑风高”。如此环境下，双谱段监视相机开启“全能之眼”，穿透黑暗，记录下38万公里外人类首次月背交会对接。
该相机是嫦娥六号轨道器的重要监视设备，由中国航天科技集团八院控制所研制。它集红外和可见光成像于一体，根据遥控指令的要求，可在六种拍摄模式中自由切换，实现红外和可见光分别或同时成像，确保无论太空环境光照条件如何变化，都能捕捉到清晰、准确的图像。
随着红外谱段相机从“配角”变为“主角”，研制团队对其进行了更为细致的打磨，在常规“训练”的基础上，进行了红外图像优化处理的专项提升，让图像更为清晰。
根据飞行程序，装有月背样品的上升器在与轨道器交会对接过程，大致可以分为“远远眺望”“步步靠近”“紧紧相拥”三个阶段。在“远眺”阶段，双谱段监视相机与“同事”宽视场监视摄像机一起密切关注交会动态，在两器慢慢“靠近”直至“相拥”的过程中，暗影也随之而来。此时，双谱段相机开启红外摄像模式，成为这场特别的太空“双向奔赴”的唯一见证者和记录者。
栏目主编：陈玺撼 题图来源：新华社
来源：作者：束涵
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