西安科技为“五妹”“绕、落、回”全过程护航
中新网西安11月24日电 题：西安科技为“五妹”“绕、落、回”全过程护航
中新网记者 田进
24日，中国探月工程嫦娥家族的“五妹”——嫦娥五号探测器正式出征。中国航天科技集团五院西安分院(简称“西安分院”)为嫦娥五号探测器研制了微波测距测速敏感器、测控天线、数传子系统以及交会对接微波雷达，为探测器实现“绕、落、回”全程护航。
在距离地球遥远的38万公里之外，如何让嫦娥五号探测器“五妹”与地面建立顺畅的联系，这就依靠西安分院研制的测控天线。在“五妹”的地月转移、变轨环月的绕月阶段，动力下降、上升器的月面工作阶段以及交会对接阶段几乎所有的工作模式中都需要使用测控天线与地球进行测控通信。测控天线相当于是“五妹”随身携带的“手机”，与月球之间的测控通信主要依靠这部“手机”完成。
西安分院为“五妹”装备的“手机”不仅要考虑听觉的范围，而且还要确保其不受周围其他设备的干扰。因此，设计人员对于测控天线在上升器上的布局做了充分的考虑，保证其有效工作的同时，要求天线在旋转180度范围内没有遮挡。同时，设计人员还针对落月过程中的羽流影响等因素，进行了天线机、电、热一体化设计，确保了测控天线能够在落月、月尘以及月球表面极端苛刻的环境下可靠地工作。
在嫦娥五号探测器抵达月球轨道后，着陆器将携带着上升器着陆于月球表面。能否安全着陆于月球表面是嫦娥五号探测器任务的关键一步。西安分院为嫦娥五号研制的微波测距测速敏感器相当于在着陆器上安装了一部“泊车雷达”。
“这部雷达在着陆器距离月球表面15公里的时候正式开始工作，主要任务是测量着陆器与月球表面的距离以及着陆器下降的速度，并快速向上升器的制导、导航与控制分系统(GNC分系统)提供速度和距离的信息，以便于着陆器来判断降落的落点和速度。”西安分院微波测距测速敏感器主任设计师张爱军说。微波测距测速敏感器将极大方便“五妹”控制身姿顺利“泊车”。
探月之旅，拍照必不可少。“五妹”所携带的相机拍摄的照片如何及时地传回地面，这就需要西安分院为嫦娥五号探测器研制的数传子系统。在着陆器准备着陆月球表面的时候，数传子系统就开始开机工作。它会将安装在着陆器上的相机拍摄的着陆画面以及数据信息实时传回地面，以便于地面对落月的信息进行及时判断。在着陆器成功着陆月球表面后，安装在着陆器上的数传子系统会将月面工作段的采样图像、采样钻取的科学数据以及上升器起飞等过程的图像数据传输到地面，为任务的顺利推进提供决策参考。
“为了提升数据传输效率，西安分院设计了自适应三档调节的方式，相当于为数据传输安装了三档‘闸门’，在传输高峰期的时候使用数据量较小的传输方式，数传子系统从500k到5M的数据率都可以进行传输。按照最大传输速率来算，那么单纯传输一张5M的照片则只需要一秒钟。”数传子系统设计师张竞说。
此次为“五妹”配备的数传子系统从功能上与嫦娥四号相当，但是通过集成和小型化设计从重量和体积上对“五妹”进行了极大的“瘦身”。嫦娥四号数传子系统的重量为8公斤，而嫦娥五号数传子系统只有3.5公斤。
上升器采集的月面样本，如何成功交付给返回器并顺利带回地球，就必须通过交会对接这一复杂的“神操作”才能完成。西安分院研制的交会对接微波雷达就是为距离地球38万公里外的“穿针引线”式的交会对接而设计的。交会对接微波雷达相当于为太空的“穿针引线”瞄“针眼”。
当上升器携带着月壤样品返回环月轨道后，轨道器对上升器实施追踪。在追踪至100公里范围内的时候，交会对接微波雷达开始工作。由西安分院研制的交会对接微波雷达可以测量两个飞行器之间的相对距离、方位、俯仰角度及其变化。这些数据信息都会源源不断地向轨道器的制导、导航与控制分系统(GNC分系统)这个中央处理器发送，为两器的交会对接提供实时的信息。除了通过测距、测速和测角为太空“穿针引线”瞄“针眼”之外，交会对接微波雷达还可以实现两器之间的通信。从两器相距100公里之间建立通信链路一直到两器相距0.2米的范围内，可以实现轨道器和上升器之间的双向通信，包括指令等一些信息都要通过器间的双向通信来实现。(完)
