落月挖土 嫦娥五号晒出高清工作照
嫦娥五号探测器着陆器和上升器组合体着陆后全景相机环拍成像（12月2日摄）。 新华社发
12月1日23时11分，嫦娥五号探测器成功着陆在月球正面西经51.8度、北纬43.1度附近的预选着陆区。
记者从国家航天局获悉，12月2日4时53分，探月工程嫦娥五号着陆器和上升器组合体完成了月球钻取采样及封装。探测器于12月1日23时许成功着陆月面后，开展了太阳翼展开、机构解锁等相关准备工作。
目前，着陆器和上升器组合体正按计划进行表取采样。嫦娥五号探测器自动采样任务采用表钻结合、多点采样的方式，设计了钻具钻取和机械臂表取两种“挖土”模式。
嫦娥五号探测器这稳健的一落，蕴藏着无数航天人的智慧和心血。究竟有哪些黑科技助力嫦娥五号完美落月？一起去看看。
A 完美落月的背后有哪些黑科技支撑？
关注1边飞边找落点落月只有一次机会
对于嫦娥五号来说，落月只有一次机会，必须一次成功。
相比嫦娥三号、四号，嫦娥五号对于着陆点的位置精度和平整度要求是空前的。由于涉及到采样完成后上升器要在月面起飞，嫦娥五号挑选落点的过程，也是为后续上升器月面起飞选择“发射场”的过程，其降落区域内不能有太高的凸起、太深的凹坑，坡度也需要符合任务要求。
简单说，它是一边飞行一边寻找落点，如同一次从600公里外开始、在15分钟内完成的自主“跳伞”。
为了实现“选址正确、落得准确”，嫦娥五号采用了已经在嫦娥三号和四号上成功应用的“粗精接力避障”方式。这种方式，是在由中国航天科技集团五院502所研制的制导导航与控制（GNC）系统指挥下，着陆上升组合体先大推力反向制动减速，然后快速调整姿态，对预定落区地形进行拍照识别，避开大的障碍，实现“粗避障”，之后再斜向落向选定的着陆点，飞到着陆点正上方后改为垂直下降，在接近月面时关闭发动机，落在月球上。
关注2微波测距测速探查落月路径的眼睛
GNC系统在进行决策时，离不开各种数据支持。由中国航天科技集团五院西安分院研制的微波测距测速敏感器，如同一双明亮的眼睛，感知着嫦娥五号的落月路径，并向决策“大脑”传递信息。
据西安分院微波测距测速敏感器主任设计师张爱军介绍，这部雷达在着陆上升组合体距离月球表面约15公里时开机，在距离月面6公里时正式开始工作。
“该雷达可以探测着陆器与月球表面的距离，以及着陆器下降的速度，并向上升器的制导导航与控制系统提供速度和距离的信息，以便着陆器判断降落的落点和速度。”张爱军说。
关注3落月发动机有绝招具备推力深度调节能力
发动机为嫦娥五号安全落月提供了动力保障。不过，靠普通宇航发动机，是无法完成月面安全软着陆任务的。
记者从中国航天科技集团六院了解到，月球是真空状态，没有大气，意味着不能利用空气摩擦实现减速。为完成探测器动力下降、悬停等着陆阶段动作，要求发动机具备推力深度调节能力。
2006年，六院正式启动7500牛变推力发动机关键技术攻关。经过艰苦探索，研制团队先后突破“高性能、长寿命推力室”“流量精确调节与稳定”和“发动机系统优化与集成”三大关键技术，发动机技术指标基本满足探测器要求，为后续研制任务奠定了坚实基础。
在7500牛变推力发动机鼎力支撑下，2013年12月，嫦娥三号探测器完成了我国首次地外天体软着陆；2019年1月，嫦娥四号探测器实现人类首次月背软着陆。这次，它又护送嫦娥五号着陆上升组合体平稳落在月球。
关注4γ关机敏感器落月“刹车指令员”
嫦娥五号落月最后阶段的发动机关机，需要有精准的指令。中国航天科工集团研制的γ关机敏感器，就是落月过程中的“刹车指令员”，责任重大。
落月过程开始后，置于嫦娥五号底部的γ关机敏感器便实时测量着探测器与月面的距离。当嫦娥五号落到距月面不足5米高度时，该设备发出关机指令，关闭轨控和姿控发动机。这一瞬间，决定着落月任务的成败。随着发动机反推力的撤离，嫦娥五号得以翩然落月。
据介绍，γ射线具备受外部环境干扰小、精度高等特点，因而被应用于对精度、可靠性要求最高的载人航天和探月任务中。此前，航天科工研制的γ高度控制装置已经在神舟飞船任务中成功应用，护送航天员安全返回。
关注5 集缓冲、支撑于一体嫦娥五号的“腿”不一般
离开了发动机的反推，嫦娥五号是以自由落体形式着陆的。虽然月球引力较小，降落高度也不高，但撞击月面时仍会形成一定冲击载荷。
这就需要着陆缓冲系统发挥作用，吸收着陆时的冲击载荷，同时保证探测器不翻倒、不陷落。
着陆缓冲机构，通俗地说就是嫦娥五号的“腿”，是落月环节的技术难题之一。嫦娥五号的4条“腿”可不一般，它们集缓冲、支撑功能于一体，继承了嫦娥三号、四号的完美基因，由五院机构分系统团队精心设计。
与嫦娥三号的着陆缓冲设计方案相比，嫦娥五号任务由于难度增加，着陆缓冲能力要求提高了30%，但机构重量指标却减少了5%。中国航天科技集团五院总体设计部研制团队最终解决了这个难题。
关注6
嫦娥五号落月过程中
还有哪些鲜为人知的精妙设计？
从表面看，是着陆器“托着”上升器降落到月面，实际上，着陆器上GNC系统的工作，却借助了上升器上的中央控制计算机和星敏感器。
中央控制计算机是上升器在月面起飞时要用的“最强大脑”，星敏感器则能让上升器通过“看星星”确定自己的姿态。
这样的“合作”，是设计人员结合“上升器全程陪同着陆器”的实际想出的妙招，既节约了成本，又减轻了重量。
此外，当着陆器接近月面时，发动机激起的月尘容易让星敏感器“迷眼”，从而影响后续上升器起飞。研制团队专门设计了一个盖子，可以在落月最后阶段把星敏感器的镜头盖起来，他们称之为“天黑请闭眼”。待落月之后月尘散去，再让星敏感器“睁眼”。
B嫦娥五号在月面咋起飞？
上升器上发动机提供推力相当于1枚微缩版运载火箭
与我国以往探月任务不同，嫦娥五号既要落月探测，又要采样返回，任务更为复杂艰巨。中国航天科技集团六院研制的一系列空间姿控轨发动机，在任务中派上大用场。
嫦娥五号探测器由着陆器、上升器、轨道器、返回器4部分组成。六院为着陆器、轨道器和上升器研制了三套推进系统，这是目前我国空间飞行器上最复杂的推进系统。
据六院专家介绍，这三套推进系统由77台大小不同、性能各异的轨姿控发动机组成。系统性能指标高、质量轻、推进剂使用效率高，既能经历严酷的温度环境，又能适应宽范围使用温度。由于系统复杂，对其可靠性也有着更高要求。
为了实现探月三期工程“回”的目标，探测器推进系统面临极为严苛的减重要求。六院团队在充分评估风险后，作出了着陆器用4台表面张力贮箱替代4台金属膜片贮箱方案的更改，并反复验证，完成了研制攻关，最终实现减重约26千克。
为了确保嫦娥五号能在月球平稳着陆，并从月球返回，六院为探测器量身定做了两款3台新型发动机。其中，轨道器上的1台3000牛发动机，为地月转移、月地转移中途修正、近月制动、离月加速提供推力；上升器上的1台3000牛发动机，相当于1枚微缩版运载火箭，将为月面起飞提供推力；探测器月面软着陆任务，由1台7500牛变推力发动机完成。
比其它型号发动机组件，7500牛变推力发动机的流量调节器上，零件加工精度要求极高，公差达微米级，相当于1根头发的80分之一。仅1根流量调节锥上，就有8处公差为微米级的加工难点。这在行业内通常被认为是绝不可能完成的，航天工匠们却将这种不可能的任务完美实现。
综合新华社、《科技日报》
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