北京时间12月17日凌晨，嫦娥五号返回器携带月球样品返回地球，中国首次月面自动采样返回任务取得圆满成功。在此过程中，由中国航天科技集团有限公司八院研制的轨道器，像“太空邮差”，护送嫦娥五号返回地球。

头顶肚装的“太空搬运工”

嫦娥五号探测器为四器组合体设计，由着陆器、上升器、轨道器、返回器4个部分组合而成。其中，返回器、着陆器、上升器均有载人航天和探月工程一期、二期的研制基础，而轨道器的研制可谓“白手起家”。根据任务要求，自身1吨多的嫦娥五号轨道器，需要头“顶”3.7吨的着陆上升组合体，肚“装”3吨推进剂和300多公斤返回器，并在飞行过程中依次分离着陆上升组合体、对接与样品转移机构和返回器，这也让轨道器成为中国首个具有“大承载”“分离面多”等多个特点的月球探测飞行器。

为了达到构型优化与减重目标，总体、结构、热控等多个系统的研制人员，先后论证了10余种构型，最终在继承神舟飞船推进舱外承力筒大构型的基础上，创新性地提出了支撑舱、对接舱和推进仪器舱“三舱构型方案”，实现“头顶”和“肚中”载荷两条路线独立传递，极大提高了结构承载效率；实现支撑舱、对接舱“专舱专用”“用后即抛”，为其后续任务腾出通道，又减轻了质量，节约了推进剂。

勤勤恳恳的“行李转运员”

嫦娥五号的着陆器与上升器组合体成功采样之后，携带月壤的上升器无法利用自身的动力返回地球，必须通过“太空物流”的形式，将货物送达。

而“太空物流”顺畅与否，关键要看“交会对接”。国际空间站里，主要依靠对接机构来实现更大吨位的飞行器组装。载人航天使用的对接机构学名叫异体同构周边式对接机构，在对接后可形成一个通道，方便航天员在其中穿行。与载人航天对接机构不同，嫦娥五号探测器采用抱爪式对接机构，由3套K形抱爪构成，当上升器靠近时，只要对准连接面上的3根连杆，将抱爪收紧，就可以实现两器的紧密连接。

嫦娥五号取土归来的途中，上升器和轨道器完成了首次月球轨道交会对接，珍贵的月球土壤样品“包裹”得以转移至返回器内。轨道器就像在月球轨道环绕的“邮差”，勤勤恳恳地完成“打包”“装箱”后，迅速进入月地转移轨道执行隔空投送，将月壤样品捎回蓝色星球。

挑战重重的“月轨换乘路”

这次“交会对接”有多难？嫦娥五号探测器副总指挥张玉花说，“世界首次月球轨道无人交会对接，可以说对此次任务成败起到决定性作用”。她介绍，单从交会对接与样品转移任务来看，可靠性是要求最高的，因为整个过程只能一次成功，没有第二次机会。为了保证它的可靠性，对接与样品转移机构做了多重冗余，仅仅对接验证试验，地面就模拟了数千次。同时，月球轨道相对地球轨道有时延，时间走廊较小，对时效性要求非常高。环月轨道的交会对接任务需要在21秒内完成，1秒捕获，10秒校正，10秒锁紧。样品转移任务接口多，环节多，过程复杂。

嫦娥五号探测器副总设计师查学雷说，“轨道器对接与样品转移机构从无到有，历经了10年的研发、制造与测试之路，到最后以‘坚实臂膀’迎接上升器，温和转移了样品容器，成就嫦娥五号样品返回中极为重要的一环。”

世界首次月球轨道无人交会对接中，从启动开始到交会对接，全部采用自动控制。对接与样品转移分系统副主任师刘仲说，为保证任务顺利完成，团队做了35项故障预案，但一项都没有用上，这就是最好的结果。

文/郑莹莹 郭超凯

编辑/倪家宁