2020年11月24日4時30分，大力士長征五號運(yùn)載火箭，成功將重達(dá)8.2噸的嫦娥五號月球探測器一舉送入近地點(diǎn)約200公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)約40萬公里的地月轉(zhuǎn)移軌道，嫦五即將開始?xì)v時23天的探月之旅。這是中國探月工程第六次任務(wù)，這也是我國航天領(lǐng)域迄今最復(fù)雜、難度最大的任務(wù)之一。在這項(xiàng)任務(wù)中，國防科技大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)參與了多個重要項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與研制，為嫦五完成探月任務(wù)貢獻(xiàn)出科大力量。
為嫦五“挖土”裝上“慧眼”
嫦娥五號奔月成功，即將開啟“挖土”之旅，中國將實(shí)現(xiàn)首次機(jī)械臂表層月壤自主采樣。
在整個“挖土”過程中，機(jī)械臂及末端采樣器既要避免與月面巖石障礙物或探測器本身發(fā)生碰撞，還要能夠高效精確地完成采樣、放樣、抓罐、放罐等關(guān)鍵操作。于起峰院士課題組創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)出了基于視覺引導(dǎo)的月面采樣位姿測量方案，相當(dāng)于給執(zhí)行任務(wù)的機(jī)械臂裝上一雙“慧眼”。
由于在已有的月球采樣返回任務(wù)中沒有使用攝像測量技術(shù)的先例可循，這給該方案的設(shè)計(jì)帶來了極大的挑戰(zhàn)。此外，月面成像環(huán)境極其惡劣：月晝溫度可高達(dá)150℃，月夜下降到近零下180℃，再加上光照和輻射變幻莫測，這讓傳統(tǒng)的攝像測量方法難以適用。
為了保證該項(xiàng)任務(wù)能夠圓滿完成，實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)成員長期去到北京航天某所，埋頭于月面環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)室中，緊摳技術(shù)上的點(diǎn)滴細(xì)節(jié)，力爭在每一個環(huán)節(jié)上都做到精益求精，終于設(shè)計(jì)研發(fā)出了一套月壤表層采樣機(jī)械臂視覺引導(dǎo)系統(tǒng)，并且成功通過了嫦娥五號初樣和正樣的研制測試。實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)成員還將在下個月奔赴北京擔(dān)負(fù)起嫦娥五號的月面采樣地面保障任務(wù)，力保該項(xiàng)任務(wù)萬無一失！
為嫦五回“家”保駕護(hù)航
“嫦五”此行的一大任務(wù)是，獲取月球樣品返回地球。作為我國首次月球采樣返回任務(wù)，有望為“繞、落、回”三步走發(fā)展戰(zhàn)略畫上圓滿的句號。因此嫦娥五號的“硬件”極其復(fù)雜，它由軌道器、返回器、著陸器、上升器“四件套”組成。著陸器將在月表采集到的“寶藏”交給上升器，上升器從月面上升，與軌道器（含返回器）在太空“匯合”，返回器離開軌道器，返回地球。
國防科大載人航天任務(wù)規(guī)劃與系統(tǒng)仿真課題組針對上升器與軌道器（含返回器）的環(huán)月交會對接任務(wù)，展開科研攻關(guān)，研制了相關(guān)模型和軟件，為成功完成“太空之吻”提供技術(shù)支撐。這樣意義重大的任務(wù)對團(tuán)隊(duì)成員來說“駕輕就熟”，此前“神八”和“天宮一號”的歷史性對接，以及“神九”和“天宮一號”完成的首次載人交會對接，其交會對接飛行任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)，均出自他們之手。
為嫦五安全著陸提供支撐
發(fā)射段和回收段是航天中最驚險(xiǎn)、最可能出故障的階段，降落傘回收系統(tǒng)又是動力學(xué)中最復(fù)雜的系統(tǒng)，地面上空十公里以內(nèi)的風(fēng)變化非常頻繁，不確定因素極多，不僅要找出哪塊出了問題，還要不斷做空投驗(yàn)證，其過程反反復(fù)復(fù)，極其磨人。
針對嫦娥五號網(wǎng)格化搜救任務(wù)的需求，自2020年7月以來張青斌研究員帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，反復(fù)進(jìn)行模型校核分析，研究著發(fā)射場歷年風(fēng)場特征和降落傘回收系統(tǒng)的多項(xiàng)不確定性因素，建立“嫦娥五號”降落傘回收系統(tǒng)不確定性條件下的快速分析模型。這套軟件將首次應(yīng)用于“嫦娥五號”的搜索回收任務(wù)，通過對返回器開傘后飛行軌跡的偏差分析，預(yù)測返回器的飛行管道，為搜救力量提供精確、詳細(xì)的引導(dǎo)信息。
項(xiàng)目組仿真計(jì)算的飛行管道
2011年，團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了嫦娥五號降落傘回收分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)仿真研究工作；今年又承擔(dān)了“嫦娥五號”返回器降落傘減速階段的飛行管道計(jì)算與落點(diǎn)預(yù)報(bào)工作，為返回器的搜救任務(wù)提供了技術(shù)支撐。
