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【中国日报】中国电科以技术创新支撑“嫦娥五号”奔月挖矿
来源:中国日报
发布时间:2020年11月25日 编辑:系统管理员

  

  中国日报11月25日电(记者 赵磊)昨天清晨,长征五号遥五运载火箭承载着“嫦娥五号”月球探测器拔地而起,开启我国首次月球取样返回任务,将在23天后带回月球上的“第一抔土”,供科学研究。

  

  此次的任务是我国航天领域迄今为止最复杂、难度最大的任务之一。作为国家探月工程副总指挥单位,中国电子科技集团有限公司再次发挥自身科技优势,为“嫦娥五号”成功发射提供重要支撑。

  

  “这么复杂的过程,全程需要一双‘无形之手’牵引指挥。”中国电科技术人员表示,从火箭升空的那一刻起,火箭飞行、星箭分离、“嫦娥五号”飞行、落月、探月、采样、返回……整个过程中,中国电科在陆海空天全方位系统布局了地面雷达、地面测控站、海上测量船及中继卫星系统,用无形电波张开了一张100%全覆盖的通信测控“天罗地网”,全程掌握“嫦娥五号”位置、状态等信息,接收它发回来的数据,并向它传递来自地面的指令信息。

  

  不同于常规任务,深空探测面临着测控距离遥远、自由空间损耗、空间延时大以及任务场景复杂等诸多挑战。为此,几天前,我国首个深空天线组阵系统正式启用,与南美35米深空测控系统、佳木斯66米深空测控站,及从南到北、从东到西星罗棋布的地面测控站、海面测量船联袂出征,共同提供测控通信保障。

  

  其中,作为首个深空天线组阵系统总体承研单位,电科网通实现了多项技术创新,在喀什深空站原有1座35米天线基础上,新建3座35米口径天线,组成4×35米深空天线组阵系统。“4个深空测控系统可实现单天线或2/3/4任意天线组阵,从深度和广度上大大提升我国深空测控能力。”中国电科技术人员表示,单天线模式能支持多个目标多频段多频点同时测控,组阵模式能完成对火星及更远目标测控,4天线组阵时拥有超过66米口径天线数据接收能力,测控距离超过4亿千米。

  

  月地距离遥远,测控通信的微弱信号需要“遥控器”和灵敏“顺风耳”支撑。

  

  作为深空测控网天线研制单位,39所研制的大口径南美35米天线、喀什35米组阵天线及佳木斯66米天线可以对通信信号进行放大发送和小信号探测接收。既可以当“遥控器对上行信号进行放大,又可以当“顺风耳”将月球回来的小信号进行放大接收,最大的优势是提供信号放大能力的前提下,引入极小噪声。

  

  作为深空测控重要组成,27所研制的大功率高功放设备是探测器通信链路的“遥控器”,能将微小的上行已调信号放大后,经大口径天线发射出去,实现对距离几十万公里以外月球探测器的精准控制;16所研制的特种低温接收机则像探测器的“顺风耳”,通过物理极限大幅降低电子器件热噪声,可在零下260℃低温环境下,精确接收到来自遥远太空的微弱信号。

  

  呵护深入每个环节。“火箭起飞、着陆器分离,以及返回器返回大气层直至安全落地过程中,14所研制的新一代雷达遥测综合测量系统、新一代远望精密测量雷达、新一代相控阵雷达持续保障。”中国电科技术人员表示,新一代雷达遥测综合测量系统是国内首部大口径雷达遥测一体化系统,能跟踪火箭反射回波,即使在应答机或遥测设备异常情况下,仍能测量火箭飞行轨迹。此外,10所研制的T0控制台和时统设备,为火箭发射提供统一的时间基准。“T0控制台是火箭飞行正确执行控制的关键,用于获取起飞触点信号,产生记录起飞T0时刻。时统设备使所有发射、测控设备在统一时间基准下同步工作……”

  

  除了张开“天罗地网”,中国电科还为“嫦娥五号”探测器和长征五号遥五运载火箭量身定制了数以千计的核心器件。

  

  太阳电池阵是着陆器、上升器工作所需电能主要来源。18所精心研制的着陆器和上升器有关太阳电池阵产品,将在发射后地月转移轨道和上升器月面起飞后展开供电。“本次任务工作环境恶劣,月面工作期间,太阳电池阵将在超高温的情况下工作,由于月球表面的光照条件与地球轨道不同,着陆器着陆后太阳电池阵无法对日定向。上升器月面起飞时,太阳电池阵更是存在力热交加问题……”为此,技术团队进行了技术攻关,建立了仿真分析模型,设计了月面高温环境下应力耐受性能测试系统,解决了耐受300℃以上温差产品工艺和评价等难题。

  

  电能有“滔滔大河”,也有“涓涓细流”。除了打造“高能翅膀”,43所研制的4款高压抗辐照变换器,也为探测器各功能单元持续稳定供电。变换器小体积、轻量化,在激光陀螺仪、成像、测距三个子系统中实现单路高压输出,可控制探测器的飞行姿态与精准着陆,让探测器“瞄得准、看得清、把得稳”,同时为让产品在恶劣环境下长期正常工作,团队突破了系列关键技术,解决了宇宙空间高压真空放电和辐照环境恶劣等难题。

  

  月壤虽是土,价值抵万金。让“嫦娥五号”落地准、抓好土——49所研制了数种压力传感器,对探测车变轨、绕月飞行、近月降落和月面升空返地时姿态进行调控,保障探测车顺利降落在月球背面指定位置,完成着陆器月球表面自动采样、上升器月面发射、返回器携带月壤顺利返回等任务;电科声光电研制的可见短波红外声光可调滤光器和短中波红外声光可调滤光器,能为分析月球表面矿物组成提供支撑;21所为探测器配备了多款首次应用电机产品,将在探测器月壤采样环节“敲击、钻取、抱抓、封装、返回”等流程中发挥关键作用。

  照亮“嫦娥五号”回家路——34所研制的导航定位激光信息源,具有双波长激光输出特性,无论在无光环境还是强光环境下,均能为“交会对接之眼”光学成像敏感器提供目标指引,确保返回精准对接;22所为搜索直升机和地面车辆研制两型搜索定向设备,构建天地协同、网格化、智能化的搜索网络,对返回器从出“黑障”到着陆全程跟踪定位,为回收样本抢得先机。

  此外,还有很多看似小巧的核心器件,也是默默无言的幕后英雄。

  任务中,13所研制的雷达机射频和应答机射频组合,能实现目标捕获、跟踪和测量;多种频率源是上升器和轨道器交会对接和地月长距离通信控制的“心脏”,提供系统需要时钟和载波信号;多型自动增益控制放大器和上下变频通道,极大提升了探测器的探测距离和灵敏度。32所研制的助推伺服控制器,极大提高了伺服控制的精度和稳定性,研制的时间指令变换器是测量火箭助推模块控制系统输出指令参数的重要单机,能高效采集分析火箭飞行控制参数。55所研制的多款功率放大器芯片,用于通讯数传功率发射模块,保障了数据从卫星到地面的传递。

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