北京时间12月6日5时42分，嫦娥五号上升器成功与轨道器和返回器组合体交会对接，并于6时12分将样品容器安全转移至返回器中。这是中国首次实现月球轨道交会对接。记者采访航天专家，揭秘38万公里外嫦娥五号“太空牵手”背后的“黑科技”。

月轨上“浪漫牵手”

交会对接在中国航天领域已经是一项比较成熟的技术。在此前的载人航天工程任务中，中国航天器在近地轨道已进行过多次交会对接。但这次是在距离38万公里之外的月球轨道，技术难度更大。

在交会对接过程中，地面人员只能“观棋不语”、不能参与其中。中国航天科技集团五院专家表示，月球轨道的交会对接精度要求是厘米级，而目前地面对38万公里外的测控精度是公里级，加之相较于神舟飞船的交会对接，月球轨道每圈有1/3的时间位于不可测弧段，因此人工导引至此结束，后续的交会和对接过程将由制导导航与控制(GNC)系统智能自主完成，这一过程称之为近程自主控制段，这对GNC系统的自主管理、自主诊断、自主重构等方面提出了极高的智能和可靠性要求。

和中国现已掌握的地球轨道交会对接采用的“小星追大星”、用弱撞击的方式实现对接不同，嫦娥五号轨返组合体追上升器属于“大星追小星”，如果用撞击的方式对接会把上升器撞飞。因此，嫦娥五号采用了停控加抓取的方式，在轨道器追上上升器、以相同速度飞行过程中，从后面“伸手”牵过上升器之后拉紧，实现对接。

创新“抱爪式对接”

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的组装。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了抱爪式对接机构方案，从“太空之吻”变成“太空牵手”。

中国航天科技集团八院嫦娥五号探测器副总指挥张玉花说，抱爪机构具有重量轻、捕获可靠、结构简单、对接精度高等优点，嫦娥五号采用了抱爪式对接机构，通过增加连杆棘爪式转移机构，实现了对接与自动转移功能的一体化，这些设计理念都是世界首创。

“所谓的抱爪，其实形象地说，就像我们手握棍子的动作，两个方向一用力，就可以把棍子牢牢地握在手中。”嫦娥五号轨道器技术副总负责人胡震宇介绍说。

看似简单的过程，但要在38万公里之外高速运行的飞行器上实现，却远没有那么简单。对接全步骤要在21秒内完成，1秒捕获、10秒校正、10秒锁紧。为此研制人员做了35项故障预案，从启动开始到交会对接，全部采用自动控制。

微波“红娘”助“牵手”

这次跨越38万公里的“太空牵手”，由中国航天科工集团研制的嫦娥五号交会对接微波雷达，作为探测器在月球轨道中远距离测量的唯一手段，成功引导嫦娥五号实现首次月球轨道无人交会对接。该对接技术是嫦娥五号任务中“四大关键技术”之一。

嫦娥五号交会对接微波雷达是一组成对产品，由雷达主机和应答机组成，分别安装在嫦娥五号探测器的轨道器和上升器上。当轨道器、上升器相距约100千米时，微波雷达开始工作，不断为导航控制分系统提供两个航天器之间的相对运动参数，并进行双向空空通信。

在保证交会对接测量“本职工作”的同时，微波雷达还升级了航天器之间双向空空通信的“第二职业”。从雷达与应答机之间“一问一答”的传输方式，升级至轨道器与上升器之间的“沟通对话”，实现了遥控指令和遥测参数的双向传输。“我们为这次交会对接打造的，不仅是‘千里眼’，还是‘顺风耳’，升级后的它更小巧、更强大、更可靠。”中国航天科工集团二院25所交会对接微波雷达总工程师孙武说。

此外，由中国航天科工集团研制的高精度加速度计组合、石英挠性加速度计及I/F转换电路组成的“惯测小分队”，一路以稳定可靠的表现为嫦娥五号提供高精度加速度信息，为这次交会对接稳住速度。

在完成月球轨道交会对接、在轨样品转移后，下一步，嫦娥五号探测器携带月球“土特产”，重新投入地球的怀抱。

编辑/付垚