嫦娥五号成功发射,这些“江苏元素”助力探月工程
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嫦娥五号成功发射,这些“江苏元素”助力探月工程

2020-11-25 16:56 淮海视窗
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   11月24日4时30分,我国在中国文昌航天发射场,用长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程嫦娥五号探测器,火箭飞行约2200秒后,顺利将探测器送入预定轨道,开启我国首次地外天体采样返回之旅。嫦娥五号月球探测器将实现月面自动采样返回,将取得多项重大突破,是探月工程中最关键的探测器,是我国航天领域迄今最复杂、难度最大的任务之一,届时将为我国探月工程重大科技专项“绕、落、回”三步走发展战略画上一个圆满的句号。

 

  中国探月工程从立项之初,设计了“绕、落、回”三步走战略,南航人分别在里面担任了重要角色:该校航天学院院长叶培建院士担任嫦娥系列探测器总指挥、总设计师顾问,并是嫦娥一号卫星总指挥兼总设计师;1988级校友孙泽洲担任嫦娥三号、四号探测器总设计师,同时还有一大批校友在探月工程中担任分系统主任设计师和一线工程师,为我国航天事业做出了重要贡献。此次嫦娥五号的成功发射背后,也有着南航人的智慧和贡献。

 

南航智慧:为嫦娥五号助力

  南航赵淳生院士团队研制的超声电机,此次应用在嫦娥五号探测器上,用于光谱仪驱动与控制。与传统电机相比,超声电机具有响应快、精度高、噪声小、无电磁干扰等优点,此前,赵淳生院士团队的超声电机已成功应用在嫦娥四号和三号探测器上,在探月工程中发挥了重要作用。

  超声电机被应用到嫦娥三号和四号探测器时,只是在探月工程上的初步应用,主要负责红外成像光谱仪内定标板的驱动与控制,功能类似光谱仪“舱门的开关”。而嫦娥五号对超声电机的精度和环境都有了更严苛的要求,嫦娥五号探测器将进行月壤的采样,超声电机将用来控制光谱仪接收反射光谱的镜面的方向和角度。

 

  前期嫦娥任务中超声电机的工作温度范围在-30°C至60°C,而在嫦娥五号中的使用温度区间扩大到-55°C至120°C。考虑到超声电机使用环境的变化很大,团队在高温环境下做了大量的实验,包括结构设计、材料选择、驱动控制,以及其他安全保障措施的设计。

 

  项目从2015年一直持续到今年,做了大量自检和可靠性确认等方面的工作,进一步提升了超声电机的环境适应能力。

 

  针对星表地形复杂导致的着陆缓冲性能与稳定性要求高等技术难题,南航航空学院聂宏教授牵头的空间结构机构团队承担了着陆缓冲机构柔性体建模和着陆冲击计算等任务,发明了多种月球及火星、小行星着陆缓冲机构,揭示了着陆缓冲系统组合缓冲吸能机理及系统能量传递规律。该团队着陆缓冲系统相关研究成果已成功应用于嫦娥三号、四号月球探测器,确保了嫦娥三号、四号探测器在月面的成功着陆。研究成果为嫦娥五号和火星探测器着陆缓冲装置的研制提供了系统的设计方法及试验验证手段,具有重大的社会、经济效益和应用价值。

 

  南航航天学院空间结构与机构课题组瞄准未来深空星表多点位、多任务探测的技术需求,积极开展缓冲/行走一体化星表着陆器的研究工作,取得了一系列成果,可以在保证缓冲性能的前提下,以着陆器的体积、质量、复杂度的最小增量为代价,扩展调姿和行走的能力,有望解决传统着陆器在月球、火星等表面着陆后不能移动、需要借助巡视器进行较大范围探测的问题。目前,该课题组已研制出了落震吸能原理样机、调姿行走原理样机和落震吸能地面试验台等,可为未来以嫦娥七号为代表的月面、火星等复杂区域深度探测任务提供一种切实可行的解决方案。

 

  此次任务是长征五号系列运载火箭第二次应用性发射,南航郭万林院士团队此前参与了长征五号系列火箭的研制工作,尤其是为2017年发射失利以来的归零和验证工作提供了“南航智慧”,为长征五号去年底的成功发射贡献力量。

 

南航校友:为嫦娥五号护航

  南航1995级飞行器环境控制与安全救生专业校友宁献文,此次担任嫦娥五号热控分系统主任设计师。在嫦娥五号往返地月的旅程中,面临的最大热控问题就是返回器再入大气前的大热耗散热和热导调节,以及再入过程中的热阻断。这一既散热又隔热的难题让宁献文及其热控团队花了不少心思。他带领团队在调研和实践中研制出一套一体化高效热管理系统,破解了该领域诸多难题,填补了国际上小型再入返回类航天器热控设计领域的空白,这在国际上尚属首例。“满脑子都是冷了、热了。”研究热控问题二十余年,这个劲头让宁献文在这条荆棘丛生的道路上勇往直前。

  1992级飞行器制造专业校友毛国斌,担任嫦娥五号轨道器机械总体技术负责人,主要负责轨道器进文昌发射场飞机运输和铁路运输技术工作。1997级工程热物理专业硕士研究生魏彦祥,担任嫦娥五号探测器着陆器推进子系统主任设计师,着陆器推进子系统的主要功能为着陆器和上升器组合体从环月轨道上软着陆到月面提供主减速、软着陆动力和下降着陆过程的姿态控制推力和力矩。2002级机械工程及自动化专业本科生、2006级机械设计及理论专业硕士研究生王金童担任分离机构分系统主任设计师,分离机构分系统主要负责探测器5次分离中的3次连接分离任务。

 

  2002级飞行器设计与工程专业校友何秋鹏,此次担任嫦娥五号总体副主任设计师,主要负责着陆器的构型布局和总装设计工作。2003级飞行器设计与工程专业校友禹志,担任总体副主任设计师,承担轨道器的机械总体设计和总体技术状态控制工作。2004级飞行器设计与工程专业硕士研究生王勇,担任轨道器结构分系统主任设计师;2004级电气工程及自动化专业校友高珊此次参与了轨道计算和分析的工作;我校2007级交通运输(民航机务工程)专业校友朱舜杰担任总体设计师,主要负责嫦娥五号飞行控制工作。

 

  此外,还有一大批南航校友参与到“嫦娥五号”任务中,校友们在接受采访时表示,“每个人都是团队的一员,只有把各自工作做到极致,才能在平凡岗位中成就伟大工程。”

 

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