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导读：公元2020年12月6日5时42分，在遥远的38万公里之外，嫦娥五号月球采样飞船“轨返组合体”与“上升器”成功完成“中国首次”、“人类首次”月球轨道无人自动交会对接任务。两器对接建立刚性连接后随即展开样品自动转移工作，6时12分上升器月面封

嫦娥五号对接,嫦娥五号对接组合体分离实景画面

公元2020年12月6日5时42分，在遥远的38万公里之外，嫦娥五号月球采样飞船“轨返组合体”与“上升器”成功完成“中国首次”、“人类首次”月球轨道无人自动交会对接任务。两器对接建立刚性连接后随即展开样品自动转移工作，6时12分上升器月面封装容器成功进入返回器舱体内。

轨返组合体视角看上升器

嫦娥五号月球采样返回任务是一场横跨地月空间的接力赛，共划分11个阶段，分别是发射入轨、地月转移、近月制动、环月飞行、着陆下降、月面工作、月面上升、交会对接与样品转移、环月等待、月地转移、再入回收，任何一个阶段出问题都将导致整个任务的失败。

交会对接与样品转移是第八阶段任务，此一阶段任务的完成标志着嫦娥五号任务正在接近尾声，可以用“胜利在望”来形容。最后三个阶段技术难度虽然也不小，但都有多次任务验证托底。

返回器正在合拢舱盖

正所谓好马配好鞍，嫦娥五号11个阶段任务每一个阶段都应用了一系列世界领先技术装备，作为人类首次深空轨道交会对接任务自然也不例外。

嫦娥五号四大舱段

早在着上组合体实施登月行动之前，运行在环月轨道上的轨返组合体已经开始进行调向机动。上升器从月面起飞进入预定环月轨道时，轨返组合体已经连续实施4次调向机动，并分离了包裹对接机构的“支撑舱”，为迎接上升器的到来做好一切准备。

上升器月面起飞

上升器要想与轨返组合体对接，首先需要知道自己与目标身处宇宙中的精确空间位置。与此次任务对比，我国在神舟八号、神舟九号、神舟十号、神舟十一号、天舟一号，以及天宫一号与天宫二号多次发射任务中前后共实施了十次手动与自动交会对接，全部成功无一失手。

上述对接任务以及国外同行实施的所有对接任务全部都是近地轨道交会对接，执行交会对接任务的追踪航天器与目标航天器都能通过全球卫星导航系统实时更新空间位置、速度等信息，而在远离地球的环月轨道则没有如此便利的信息获取渠道。

神舟十一号近地轨道对接

虽然是遥远的月球轨道，但精度要求却和近地轨道一致，嫦娥五号轨返组合体与上升器交会对接的误差不能超过5厘米，这就对地球测控网精确测定轨能力提出了苛刻要求，首先要克服时延问题。

有人纳闷了，38万公里地月距离在微波传输速度来看，即便是走个来回也只有不到3秒时间，为什么还存在时延问题呢？

38万公里外的穿针引线

微波往返地月传输虽然理论上只有不到3秒时延，但这里面还存在测控数据处理的时延，加上地球自转、月球公转，以及探测器的高速轨道运动，任务还要求同时测控两个月球轨道航天器，因此沿用近地轨道交会对接测控办法是完全行不通的。

为此西安测控中心充分利用我国测控网大三角布局优势，以佳木斯深空站为主站，喀什深空站与三亚站为副站对嫦娥五号上升器采用“三向测量法”进行联合精确测定轨。

佳木斯深空站

具体做法是，当上升器进入佳木斯深空站测控段后及时将其“捕获”，并使用64米深空天线向上升器发送上行信号。

上升器接收上行信号后向地球发送下行信号，此时佳木斯主站与喀什、三亚两座副站同步接收下行信号，进而实现对上升器的联合精确测定轨，为成功实施月球轨道交会对接任务奠定坚实基础。

喀什深空天线阵

在掌握精确测定轨能力基础上，从月面发射进入预定环月轨道的上升器还要与轨返组合体建立数据通信链路，并实施至关重要的四次远程导引，而在此阶段将完全依赖航天科工集团二院25所研制的居世界领先水平的月球轨道交会对接微波雷达。

月球轨道交会对接微波雷达将在两器距离进入100公里范围后发挥导引作用，并且是中远距离测量的唯一手段，在交会对接任务中起着“千里眼”与“顺风耳”的双重作用。既能提供超高精度多维测量信息，又能实现两器之间的双向通信。

微波雷达远程导引

为拿下这一世界级难度项目，航天科工25所在微波雷达研制过程中连续攻克测量通信一体化、相位干涉仪近距离测角、大宽角度高精度测量等一系列技术难题，综合技术水平达到国际领先！

上升器在轨返组合体前上方

在交会对接微波雷达远程导引下上升器最终将来到轨返组合体前上方位置，这又是为什么呢？

因为追踪航天器都是自下而上运动，基于敏感器测量逐渐对准目标航天器。此时上升器就好比是刚刚发射进入预定轨道的天宫二号空间实验室，它需要等待从较低轨道高度而来的神舟飞船，而轨返组合体就好比是神舟飞船。

上升器与天宫二号一样都是目标航天器

情况不同的是，天宫二号作为目标航天器体量与神舟飞船相当，而同为目标航天器的嫦娥五号上升器却是个轻量级选手。与之对比追踪航天器轨返组合体即便此时燃料消耗已经过半，但体量仍有2吨多，比起上升器数百公斤重量要重得多。

传统对接手段会使得轨返组合体将上升器撞飞，为此航天有关单位专门研发了抱爪式弱撞击对接装置。

嫦娥五号抱爪式对接

当两器进入250米范围内时将启用新一代激光交会对接雷达，在此距离内轨返组合体将在姿控发动机作用下逐渐接近上升器，并由远及近建立多个相对停泊段。

目的是通过通过停泊段精细调整对接姿态，当到达最后15米距离时轨返组合体将进入平移靠拢段。

当轨返组合体触碰上升器的同时抱爪机构一把将后者揽入怀中，这样上升器就是想跑也跑不了，尔后三套抱爪自动锁紧两器建立刚性连接，形成月轨飞行组合体。

轨返组合体向上升器平移靠拢

紧接着就是样品自动转移，这项任务也是人类首次月球轨道无人自动交会对接的终极使命。

置于上升器顶部的月面样品封装容器将通过连杆棘爪式装置将样品送入返回器舱体内，转移装置设计构思巧妙，在样品转移过程中只能前进没有丝毫退路。

连杆棘爪式样品转移装置

完成样品转移后返回器合拢舱盖进行在轨封装，从初级封装到月面封装，再到在轨封装，层层保护为的就是让月壤样品“不忘初心”，保持它最初的样子。

棘爪式样品转移装置在轨作业

按照计划，今天稍晚时间上升器将连同整个对接装置与轨返组合体分离，后者将携带月壤样品继续在环月轨道运行，等待112小时月地转移返回最优能量轨道窗口的到来，届时它将再次启动3000N轨控发动机航向地球！

上升器将连同对接机构与轨返组合体分离

就在人类首次月球轨道自动交会对接任务实施前，放眼整个月球，嫦娥三号着陆器、嫦娥四号着陆器、嫦娥五号着陆器、玉兔二号月球车、嫦娥五号T1服务舱、嫦娥五号上升器、嫦娥五号轨返组合体，月球这颗地外天体处处都有中国航天器的身影，它们其中有很多都是老骥伏枥志在千里。

嫦娥三号着陆器部署月球正面至今已有七年，至今仍有部分科学载荷开机工作，是人类工作时间最长的月面探测器；

嫦娥三号着陆器

嫦娥四号着陆器首登月球背面至今已有将近两年，正值盛年的它正在月背探索更多未知；

玉兔二号月球车

玉兔二号是人类部署在月球正常行驶工作时间最长的月球车，也是月球上唯一处于可行驶状态的月球车，如今它等来了嫦娥五号，希望它能继续坚守至更多嫦娥系列航天器的到来；

嫦娥五号T1服务舱“燃尽自己，成就后人”的精神更是令人难以忘怀，其最初使命是发射返回舱试验器，验证月旁转向近第二宇宙速度再入大气层返回地球技术，这是在给嫦娥五号第十、十一两个阶段任务探路。

嫦娥五号T1分离返回舱

嫦娥五号T1服务舱当年与返回舱试验器在距离地球约5000公里高度分离后，再次启动轨控发动机立即抬升轨道高度，进入到一条近地点600公里，远地点54万公里的大椭圆轨道再次飞向月球。

后来飞控中心又控制它借力月球引力飞向地月拉格朗日L2点，并在那里建立绕飞轨道，为后来嫦娥四号月背登陆任务的鹊桥中继卫星探路。

嫦娥五号T1拍摄的月地合影

完成地月拉格朗日L2点绕飞轨道探路任务后，嫦娥五号T1服务舱再次飞向月球开始新一阶段拓展任务，这一次它进入到了一条近月点18公里、远月点180公里环月轨道，然后与嫦娥五号上升器一样进行四次远程导引控制，模拟上升器任务时序，比如月面上升、不断调姿追赶轨返组合体等动作。

同时验证了一系列飞行控制技术，例如，上升器远程导引控制策略、天地协同控制时序、轨道测量等。

嫦娥五号T1结构示意图

在完成上述任务后嫦娥五号T1服务舱又再次降轨至距离月面仅30公里高度，对嫦娥五号月面采样区域进行成像探测，这一高度甚至比NASA月球勘测轨道卫星的50公里轨道还要低，成像探测识别了着陆区的月球坑详细分布，为嫦娥五号最终成功登月再次做出不可磨灭的贡献。

嫦娥五号T1对嫦娥五号着陆区成像

此后，嫦娥五号T1服务舱再次进入大椭圆环月轨道，并在那里进行月球重力场反演科研实验，为深度认知月球，顺利完成嫦娥五号任务积累科研数据。

让很多人没想到的是在历经三次奔月、两次月球借力飞行，以及多个阶段拓展任务之后，时隔六年后嫦娥五号T1仍有无线电信号回传地球，它能在有生之年见证嫦娥五号正式任务的彻底胜利也算是一种告慰！

嫦娥五号着上组合体分离

“燃尽自己，成就后人”历来是嫦娥系列探测器的责任使命，嫦娥五号也不例外，因为它就是载人登月工程的预演。

航天科技集团董事长吴燕生近日亲临飞控中心指导嫦娥五号上升器月面起飞工作时说道，中国人独立自主完成载人登月、建立月球空间站，甚至走向更为深远的太空将不再是梦。

嫦娥五号返回器关闭舱门

嫦娥探月工程启动十六年来从月球探测一片空白，到遍地开花，进而成为人类探月先锋力量，接下来随着嫦娥五号的彻底胜利，必将加速载人月球工程的实施，到那时我们将更为牢固地确立世界航天领先地位！

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