2024年6月2日凌晨，嫦娥六號著陸器和上升器組合體在鵲橋二號中繼星支持下，成功著陸于月球背面南極-艾特肯盆地預(yù)選著陸區(qū)，再次上演“翩然落廣寒”的精彩一幕。這標(biāo)志著嫦娥六號成功跨過充滿挑戰(zhàn)的“落月”難關(guān)，為達(dá)成“人類首次月球背面自動采樣返回”目標(biāo)又向前邁進了關(guān)鍵一步。

在此過程中，來自中國航天科技集團五院的多項硬核技術(shù)幫助嫦娥六號輕盈落月背，盡顯中國航天科技的智慧與力量。

6月2日在北京航天飛行控制中心屏幕上拍攝的嫦娥六號著陸器和上升器組合體著陸月背的模擬動畫畫面。新華社記者 金立旺攝

自主控制高可靠，避障技術(shù)更成熟

嫦娥六號落月任務(wù)充分借鑒了我國多次地外天體軟著陸的成功經(jīng)驗，不僅再一次展現(xiàn)了特有的粗精接力避障技術(shù)，還進一步推動該項技術(shù)走向成熟。

GNC系統(tǒng)，是制導(dǎo)（Guidance）、導(dǎo)航（Navigation）與控制（Control）系統(tǒng)的簡稱，它就好比嫦娥六號著陸器和上升器組合體在落月過程中的“駕駛員”，需要實時知道“我在哪兒”“我要去哪兒”和“我怎么去”。在極具挑戰(zhàn)的落月過程中，該系統(tǒng)要完成“飛行軌跡控制”“安全著陸點選擇”和“精準(zhǔn)控制”三項核心任務(wù)。目前，“嫦娥家族”使用的GNC系統(tǒng)均由中國航天科技集團五院502所研制。

中國航天科技集團五院502所專家介紹，在下降過程中，嫦娥六號GNC系統(tǒng)需要自主選擇一個既符合著陸要求，又能滿足上升器月面起飛條件的落點，為后續(xù)的取土和起飛創(chuàng)造良好條件。之后，組合體開始徑直飄移至選定落點的正上方并開始垂直下降，至月面特定高度時關(guān)閉主發(fā)動機，最終利用著陸腿的緩沖機構(gòu)實現(xiàn)軟著陸。

正是這先后兩次的障礙識別與落點確定，展現(xiàn)了中國航天算法設(shè)計的精髓與核心技術(shù)的硬核力量——

“落月過程中，在GNC系統(tǒng)的智能自主操控下，嫦娥六號著陸器和上升器組合體邊降落邊快速調(diào)整姿態(tài)，對預(yù)定著陸區(qū)域拍照分析，選擇著陸區(qū)域。然后，GNC系統(tǒng)會控制組合體飛向選定區(qū)域。”中國航天科技集團五院502所專家稱其為第一次避障，即“粗避障”。

“在距離月面更近的預(yù)定高度時，著陸器和上升器組合體開始實施關(guān)鍵的短暫懸停，再次對月面進行拍照，精確避開障礙，選定最終落點”——顯然，這就是專家所說的第二次避障，即“精避障”。

為適應(yīng)月背降落，嫦娥六號GNC系統(tǒng)針對新的軌道以及鵲橋二號中繼星通信部分進行了適應(yīng)性調(diào)整。嫦娥六號相比嫦娥五號要消耗更多的推進劑，為此，研制人員對系統(tǒng)進行了針對性調(diào)整、優(yōu)化和升級，既確保落月精度，也兼顧資源使用的經(jīng)濟性。

鵲橋通信再提速，月背對話實時通

落月時，地球上的控制中心和嫦娥六號探測器之間會產(chǎn)生大量的信息，這些信息的傳輸由航天東方紅衛(wèi)星有限公司（中國航天科技集團五院所屬）抓總研制的鵲橋二號中繼星支持完成。

與鵲橋中繼星最遠(yuǎn)9萬公里的距離相比，鵲橋二號中繼星的遠(yuǎn)月點距離月面的最遠(yuǎn)距離約為1.6萬公里，這使得它在天線口徑不變的情況下，必須大幅提高通信速率。為此，研制團隊為其巧妙設(shè)計了環(huán)月大橢圓凍結(jié)軌道，不僅提高了通信速率和通信覆蓋能力，還可以節(jié)省燃料，有利于在軌道上長期駐留。此外，相較于鵲橋中繼星，研制團隊還將鵲橋二號中繼星前向鏈路（從中繼星到月面探測器）和返向鏈路（從月面探測器到中繼星）的最高碼速率提高了近10倍，對地數(shù)據(jù)傳輸鏈路的最高碼速率提高了近百倍，這也讓其通信能力“如虎添翼”。

值得一提的是，鵲橋二號中繼星把同時接收探測器數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸通道，從鵲橋中繼星的2路提高到了最多10路，“這樣，在提升通信速率的基礎(chǔ)上，又大幅增加了傳輸通道。這一設(shè)計讓鵲橋二號中繼星一下有了5個‘分身’，使得大量的數(shù)據(jù)通信成為可能，讓不可見的月背降落一切盡在掌握�！焙教鞏|方紅衛(wèi)星有限公司專家解釋。

“泊車?yán)走_(dá)”測距精，“纖纖美腿”著陸穩(wěn)

著陸月背，環(huán)環(huán)相扣，險象環(huán)生。由中國航天科技集團五院西安分院研制的微波測距測速敏感器，就像在著陸器上安裝了一部“泊車?yán)走_(dá)”，幫助著陸器和上升器組合體實現(xiàn)月背軟著陸。

“這部‘雷達(dá)’在著陸器接近月球表面時開始工作，細(xì)致測量各項數(shù)據(jù)并傳遞精確信息，準(zhǔn)確判斷著陸點和降落速度，確保嫦娥六號控制身姿順利‘泊車’，為安全精準(zhǔn)著陸提供可靠保障�！敝袊�航天科技集團五院西安分院專家形象地比喻道。

軟著陸月背前，嫦娥六號著陸器和上升器組合體還要經(jīng)受“最后一落”的沖擊。由中國航天科技集團五院529廠量身定制的4條輕質(zhì)、高強“纖纖美腿”，讓嫦娥六號落月更輕盈。

可別小看這些“修長美腿”，它們的學(xué)名叫“著陸緩沖機構(gòu)”，每條著陸腿由1個主腿、2個副腿和1個足墊組成，各有分工，各司其職�！爸�陸前，采用新型高強合金材料并填充特殊材料的主副腿協(xié)同工作，以便著陸時安全地支撐住探測器的身體，并傳遞、吸收各種沖擊力�！敝袊�航天科技集團五院529廠專家介紹，除了擁有“修長美腿”，嫦娥六號著陸器還搭配4個圓形大腳掌（足墊）——“看上去像4個大臉盆，直徑差不多是普通人腳掌的2倍，其盆狀結(jié)構(gòu)以及設(shè)計巧妙的‘足弓’，可以起到更好的緩沖作用，防止探測器在著陸月背時摔倒，并提升嫦娥六號落月時的舒適‘腳感’”。

在著陸器動力下降階段，由中國航天科技集團五院510所研制的著陸緩沖機構(gòu)信號裝置也開啟了工作模式。當(dāng)著陸器到達(dá)月球表面預(yù)定高度時，該設(shè)備就會被觸發(fā)并產(chǎn)生信號，提醒著陸器明確自身的展開狀態(tài)，準(zhǔn)備在月面著陸。落月信號裝置則是在著陸足墊接觸月面時，受月面反作用力觸發(fā)開關(guān)，關(guān)閉反推發(fā)動機，從而保證探測器安全平穩(wěn)落下。

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