雖然在地球上經(jīng)過成千上萬次試驗(yàn)，但由于月表復(fù)雜、極端的環(huán)境，以及導(dǎo)航的“鞭長莫及”，很多關(guān)鍵動作只能依靠探測器自主決策，每一步都蘊(yùn)含著風(fēng)險(xiǎn)。
●月面采樣
采用兩種“挖土”模式“人工智能”助力
嫦娥五號月面工作為期2天，實(shí)際采集樣本時(shí)間為19小時(shí)。在整個(gè)嫦娥五號任務(wù)中，最核心關(guān)鍵的操作就是自動采樣和封裝，需要考慮探測器的測控、光照條件、電源、熱控等各種約束。
航天科技集團(tuán)五院設(shè)計(jì)師為嫦娥五號設(shè)計(jì)了兩種“挖土”模式：鉆取和表取。鉆取是利用鉆頭鉆進(jìn)月表2米深處，采集深層樣品;表取是在降落點(diǎn)附近月球表面多點(diǎn)采樣，采集月表樣品。據(jù)鉆取系統(tǒng)研制單位航天科技集團(tuán)五院529廠介紹，采樣的鉆頭具備對8級硬度巖石的鉆進(jìn)能力，針對不同顆粒度月壤，會采取切、削、撥、擠、排等不同操作。此外，鉆取系統(tǒng)有“人工智能”的幫助。在經(jīng)過上千次試驗(yàn)后，形成不同工況的鉆取參數(shù)數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫支撐月表工作決策，鉆頭在月表遇到不同工況，鉆取系統(tǒng)可以在“回轉(zhuǎn)”“沖擊”和“回轉(zhuǎn)+沖擊”三種模式中自由切換，適應(yīng)復(fù)雜的情形。
嫦娥五號帶回的樣品重量被設(shè)定為2千克，這是依據(jù)探測器運(yùn)載能力等因素綜合考慮的。中國科學(xué)院國家天文臺研究員鄭永春表示，從科研需求角度來看，2千克樣品已足夠支撐科學(xué)研究。隨著科技的進(jìn)步，科學(xué)家希望得到的是在月球多個(gè)區(qū)域的取樣。此次嫦娥五號采樣的地點(diǎn)，正是此前人類探測器從未到過的區(qū)域，有望為月球火山、地質(zhì)活動演化帶來新的研究成果。
●月面起飛
沒有“地勤”支持著陸器做“發(fā)射塔架”
12月3日23時(shí)10分，完成月表工作的嫦娥五號上升器點(diǎn)火起飛，這是我國航天器首次在地外天體起飛。
這與在地面發(fā)射火箭不同，地面有完善的發(fā)射場系統(tǒng)和保障團(tuán)隊(duì)，起飛位置和姿態(tài)可以精準(zhǔn)測算，保障措施齊全。但月面起飛沒有“地勤”支持，一切都靠自己，還必須一次成功。
起飛時(shí)，著陸器就是上升器的“發(fā)射塔架”。上升器在起飛前數(shù)小時(shí)進(jìn)入準(zhǔn)備程序。地球上的科研人員根據(jù)上升器姿態(tài)和位置等數(shù)據(jù)，計(jì)算上升器起飛時(shí)間、姿態(tài)軌道調(diào)整參數(shù)等數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程注入上升器的控制系統(tǒng)，設(shè)定預(yù)定起飛時(shí)刻。
預(yù)定起飛時(shí)刻來臨，主發(fā)動機(jī)自行點(diǎn)火。在起飛最初一小段距離，上升器不進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，之后會迅速調(diào)平，豎直上升。到達(dá)一定高度后，按照既定程序拐彎，以一定角度轉(zhuǎn)入軌道入射段。整個(gè)過程約6分鐘，飛行約250公里，上升器順利進(jìn)入了交會對接初始軌道。
上升器進(jìn)入交會對接初始軌道后，還要進(jìn)行多圈飛行，完成4次遠(yuǎn)程導(dǎo)引，來到軌道器和返回器組合體斜上方位置，準(zhǔn)備交會對接。對接成功后，上升器將采集的樣品轉(zhuǎn)移到返回器里，然后分離，完成使命，留在環(huán)月軌道上。
●月面展旗
1秒內(nèi)完成系列動作國旗選材超過1年
完成了樣品采樣和封裝，在起飛回家之前，嫦娥五號還做了一件事：展開五星紅旗。
這面國旗很輕，重量只有12克，被收納在“旗桿”里，固定在基座上，一直處于密封狀態(tài)。展旗的時(shí)候，經(jīng)過解鎖、支架展開、支架固定等步驟，以卷軸形式打開，一系列動作在1秒鐘內(nèi)完成。
此次展旗也創(chuàng)造了中國航天的一個(gè)首次。嫦娥三號、四號在月球展示的國旗，都是噴涂在探測器上，不需要特別操作。而嫦娥五號的國旗是獨(dú)立的機(jī)構(gòu)，有展開的動作，也是唯一一面織物國旗。
據(jù)嫦娥五號月面國旗展示系統(tǒng)研制方航天三江九部介紹，因月面的極端環(huán)境，溫差在正負(fù)150攝氏度間，單一纖維和紡織工藝無法滿足要求。普通國旗放在月球上，會迅速褪色、串色，甚至分解。選材花費(fèi)了超過1年的時(shí)間，研制人員對數(shù)十種纖維材料做了大量物理實(shí)驗(yàn)，最終選出一種新型復(fù)合材料，能夠在月球?qū)崿F(xiàn)不褪色、不串色、不變形。
為了控制重量，研制團(tuán)隊(duì)還對結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，盡量將結(jié)構(gòu)件做薄、做小。比如旗桿頂端用來固定的球做成空心，重量小到極致。加工人員從玩具扭蛋中得來靈感，制作兩個(gè)半球，用螺紋組合為完整球體。這項(xiàng)工藝相當(dāng)于在頭發(fā)絲上做微雕，還獲得了發(fā)明專利。(記者 倪偉)
