上千次試驗，高科技圓38萬公里“月宮之吻”
（原標題：嫦娥攬月｜上千次試驗，高科技圓38萬公里“月宮之吻”）
12月6日，經過多天的飛行，嫦娥五號軌反組合體終於迎來了帶着月球“特產”（月球樣品）的上升器，實現我國首次月球軌道的交會對接。
在嫦娥五號探月任務的諸多看點之中，人類首次月球軌道無人自動交會對接和樣品轉移無疑是最大的亮點之一。但這一38萬公里外的“月宮之吻”實現起來並不簡單，由中國航天科技集團有限公司八院研製的對接與樣品轉移機構在交會對接中扮演重要角色。
軌道器和上升器月球軌道交會對接。圖片來源：中國航天科技集團
一樣的名字，不一樣的對接
嫦娥五號將實現人類首次月球軌道無人自動交會對接和樣品轉移。雖同名“交會對接”，但嫦娥五號採用的對接方式與我們所熟悉的載人航天採用的對接方式有很大的區別。
載人航天使用的對接機構學名叫異體同構周邊式對接機構，在對接後可形成一個80釐米左右的通道，方便航天員在其中穿行。而與近地軌道的任務不同，月球探測對探測器的質量和空間有嚴苛限制，嫦娥五號的對接機構必須做到小而精，其重量要減小到周邊式對接機構的十五分之一，同時，還要具備樣品容器捕 獲、自動轉移功能，重量更輕、精度更高、過程更穩。
“抱爪機構具有重量輕、捕獲可靠、結構簡單、對接精度高等優點。因此，我們在嫦娥五號上採用了抱爪式對接機構，通過 增加連桿棘爪式轉移機構，實現了對接與自動轉移功能的一體化，這些設計理念都是世界首創。”中國航天科技集團有限公司八院嫦娥五號探測器副總指揮張玉花介紹說。
“所謂的抱爪，其實形象地說，就像我們手握棍子的動作，兩個方向一用力，就可以把棍子牢牢地握在手中。”嫦娥五號軌道器技術副總負責人胡震宇指出。探測器採用的對接機構就是由3套K形抱爪構成的，當上升器靠近時，只要對準連接面上的3根連桿，將抱爪收緊，就可以實現兩器的緊密連接。
而軌道器和上升器對接完成後，還要進行一個重要動作，就是將上升器上裝有月壤的樣品容器轉移到返回器中。
“連桿棘爪式轉移機構，採用了一個非常巧妙的設計。”胡震宇介紹，“我們利用2套倒三角形構型的棘爪，通過4次伸縮，使得容器逐漸移動到返回器中。這個構形很像我們經常使用的紮帶，相連後就只能單方向傳遞，只能前進不能後退。”
嫦娥五號採用的對接方式與我們所熟悉的載人航天採用的對接方式有很大的區別。
上千次試驗，只爲交會對接不差分毫
捕獲、收攏、轉移，看似簡單的過程，但在38萬公里之外高速運行的飛行器上實現卻遠遠沒有那麼簡單。
“月球軌道相對於地球軌道有時延，時間走廊較小，這就對時效性要求非常高，必須一氣呵成完成對接與轉移任務。”對接機構與樣品轉移分系統技術負責人劉仲解釋道，“對接全步驟要在21秒內完成，1秒捕獲、10秒校正、10秒鎖緊。爲此我們做了35項故障預案，從啓動開始到交會對接，全部採用自動控制。”
作爲工程研製單位，八院805所從2011年就開始開展相關 技術的攻關和工程研製，以突破輕小型弱撞擊式對接、複雜接口自動樣品轉移、對接與轉移一體化等關鍵技術。
“我們構建了整機特性測試臺、性能測試臺、綜合測試臺、熱真空試驗檯四大測試系統，先後進行了超過1000次樣品轉移 測試，通過不斷地測試、優化，確保自動對接與樣品轉移過程的萬無一失，”劉仲表示，“我們甚至在試驗中故意加入小故障，讓對接機構自動判別，進行故障排除，確保整個過程一氣呵成、穩妥可靠。”
嫦娥五號對接與樣品轉移機構的研製成功,爲探月三期任務的實施奠定了堅實技術基礎，同時填補了我國在輕小型對接機構工程化研究領域的空白，將爲後續深空探測等任務提供有力支撐。
嫦娥五號探測器
拍攝“神器”，見證“月宮之吻”
今年7月27日，我國首個火星探測器天問一號在飛離地球約120萬公里處回望地球，並拍下了在茫茫宇宙中相互守望的地月合影照片，一時間刷爆網絡，拍下這張刷屏照片的即爲光學導航敏感器。這一拍攝“神器”也見證了此次“月宮之吻”。
不同於探火任務中光學導航敏感器的副業發揮，此次嫦娥五號所搭載的雙譜段監視相機有主業任務，那就是記錄軌道器與上升器的交會對接過程，以及軌道器與着陸器/上升器組合體分離、與支撐艙分離過程。與以往任務中所搭載的監視相機不同的是，這款相機集紅外和可見光成像於一體，紅外和可 見光傳感器經各自的光學鏡頭獲取圖像數據，根據遙控指令要求 在六種拍攝模式中自由切換，實現紅外和可見光分別或同時成像。
八院控制所光學導航專家鄭循江介紹說：“這就相當於給普通相機加了一個夜視儀，即使交會對接過程發生在月背，接收不到太陽光照，我們也可以通過紅外相機記錄下全過程。”“而在有光照的情況下，如果光照太強，可見光相機拍攝的照片也可能存在過曝的情況，影響觀看效果。有了這款雙譜段相機，就可確保全天時、全光照條件下記錄交會對接過程，也可以讓大衆從紅外 鏡頭的視角看看太空。”鄭循江表示。
爲了給全國人民帶來高清的視覺感受，本次搭載在軌道器上的相機，其可見光譜段分辨率達到2048×2048，紅外譜段分辨率爲640×480。並要在此基礎上實現紅外和可見光同時成像，數據量巨大，研製初期產品始終無法達到任務要求的幀頻。後來，經過項目團隊，尤其是軟件設計師近兩個月的攻關，數輪頭腦風 暴，最終通過優化軟件架構和算法，提升軟件運行效率，成功解決了該問題。後面，團隊還解決了數據傳輸和海里數據處理等問題。