科技日报讯 记者从国家航天局获悉，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。
这是我国首次实现月球轨道交会对接。
轨道器逐渐接近上升器。（国家航天局供图）
从上升器进入环月飞行轨道开始，通过远程导引和近程自主控制，轨道器和返回器组合体逐步靠近上升器，以抱爪的方式捕获上升器，完成交会对接。
后续，嫦娥五号轨道器和返回器组合体将与上升器分离，择机返回地球。
轨道器与上升器完成交会对接。（国家航天局供图）
那么这次38万公里外的深情拥抱是怎样完成的？
对接机构设计理念世界首创
嫦娥五号采用的对接方式，与我国载人航天任务交会对接有很大区别。
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80公分左右的通道，方便航天员在其中穿行。而月球探测对探测器的质量和空间有严苛限制。嫦娥五号对接机构必须小而精，重量要减小到周边式对接机构的15分之一，同时还要具备样品容器捕获、自动转移功能。
据中国航天科技集团八院嫦娥五号探测器副总指挥张玉花介绍，研制团队在嫦娥五号上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。这些设计理念是世界首创。
嫦娥五号轨道器技术副总负责人胡震宇介绍，这套对接机构由3套K形抱爪构成。“所谓抱爪，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。”他说，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。
捕获、收拢、转移，过程看似简单，要在38万公里之外高速运行的飞行器上实现，却并不那么容易。
“月球轨道相对于地球轨道有时延，时间走廊较小，这就对时效性要求非常高，必须一气呵成完成对接与转移任务。”对接机构与样品转移分系统技术负责人刘仲说，对接全步骤要在21秒内完成，1秒捕获、10秒校正、10秒锁紧。为此研制团队做了35项故障预案，从启动开始到交会对接，全部采用自动控制。
交会对接模拟动画。（来源：中国航天科工集团）
他们还构建了整机特性测试台、性能测试台、综合测试台、热真空试验台四大测试系统，先后进行了661次对接测试、518次样品转移测试。刘仲说，科研人员甚至故意在试验中加入小故障，让对接机构自动判别，进行故障排除，以确保自动对接与样品转移过程万无一失。
从百公里外牵线搭桥
实现完美对接之前，先要让轨道器和上升器靠近对方。中国航天科工集团二院25所研制的嫦娥五号交会对接微波雷达，作为中远距离测量的唯一手段，为此次交会对接“牵线搭桥”。
记者从25所了解到，该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轨道器和上升器上。当两器相距约100公里时，该雷达开始工作，不断为导航控制分系统提供两器之间的相对运动参数，并进行双向通信。两器根据雷达提供信号调整飞行姿态，直至对接机构捕获、锁定。
据交会对接微波雷达总工程师孙武介绍，在我国载人航天工程任务中，航天器在近地轨道进行过多次交会对接，都应用了25所微波雷达。不同的是，这次交会对接是在38万公里之外的月球轨道，难度更大。与近地轨道相比，月球轨道没有卫星导航等服务资源，微波通信是中远距离测量的唯一手段。同时月轨环境更复杂，要克服月球引力影响，因此自动交会对接对微波雷达提出的要求极为苛刻。
为此，25所攻克了大宽角度测量等关键技术。
此次交会对接是体量相差巨大的“大追小”复杂受力过程，采用了抱爪式的弱撞击对接机构，这要求微波雷达的测角精度更高。“我们采用了创新的误差补偿算法，将微波雷达的测角精度从0.15°提高到了0.1°。” 微波雷达项目主任设计师贺中琴介绍说，精度的提高，使对接双方在距离20米时，上升器对接机构抱爪的锁定圆面，从之前的半径5厘米缩小到半径3厘米。这2厘米之差，大幅提升了精准对接的胜算。