Ранним утром 6 декабря взлетный модуль космического аппарата «Чанъэ-5» успешно сблизился и состыковался с комплексом, состоящим из орбитального и возвращаемого модулей, и благополучно передал капсулу с лунными образцами возвращаемому модулю. Это первый случай в истории, когда китайский космический корабль достиг «трассы Кондратюка» (лунная орбита) и выполнил на ней стыковку. Благодаря наведению на большие расстояния и автономному управлению на близком расстоянии орбитальный и возвращаемый модуль постепенно сближались со взлетным модулем, а затем с помощью механической руки «захватили» его — так завершилась сближение и стыковка. Итак, что же такое метод «захвата»? Какие моменты этого процесса стыковки заслуживают особого внимания?
Совершенно оригинальный конструкторский замысел
«Механизм захвата имеет такие преимущества, как легкий вес, надежность захвата, простая конструкция и высокая точность стыковки. Поэтому мы использовали стыковочный механизм в виде механической руки на „Чанъэ-5", а с помощью добавления механизма переключения соединительного рычага и собачки храповика реализуется интеграция функций стыковки и автоматического переноса образцов. Эти конструктивные решения применены впервые в мире», — сказал Чжан Юхуа, заместитель командира управления зондом «Чанъэ-5» Восьмой академии Китайской аэрокосмической научно-технической корпорации.
«Так называемый механизм захвата, образно выражаясь, похож на действие, когда мы берем в обе руки палку. Прикладывая силу с обеих сторон, мы можем крепко держать палку в руках». По словам Ху Чжэньюя, заместителя технического руководителя орбитального модуля «Чанъэ-5» Восьмой академии Китайской аэрокосмической научно-технической корпорации, стыковочный механизм, используемый зондом, состоит из трех комплектов рычагов захвата К-образной формы. Когда взлетный модуль приближается, нужно лишь точно нацелить три соединительных рычага стыковочной поверхности, а затем сжать «пальцы руки», чтобы осуществить плотное соединение двух модулей.
Процесс захвата, соединения и переноса капсулы на первый взгляд прост, но не так-то просто реализовать его на летательном аппарате, стремительно движущемся на высоте 380 тысяч километров.
«Орбита Луны имеет временную задержку относительно орбиты Земли, а временной коридор невелик. Из-за этого требования к эффективности и своевременности чрезвычайно высокие, а задачи стыковки и переноса должны выполняться за один присест». Лю Чжун, технический руководитель систем механизма стыковки и переноса образцов Восьмой академии Китайской аэрокосмической научно-технической корпорации, дал разъяснение: «Весь процесс стыковки должен быть завершен в течение 21 секунды: 1 секунда на захват, 10 секунд на корректировку, 10 секунд на закрепление. Поэтому мы составили 35 резервных планов на случай неисправностей, от запуска до сближения и стыковки, все с использованием автоматического управления».
«Помощник стыковки» надежный и мощный
На этот раз микроволновый радиолокатор, разработанный для сближения и стыковки «Чанъэ-5» 25-м институтом Второй академии Китайской аэрокосмической научно-технической корпорации в качестве «помощника» для измерений на средних и больших расстояниях, успешно «руководил» завершением миссии по сближению и стыковке «Чанъэ-5».
Микроволновой радиолокатор — это комплекс, состоящий из основного радара и транспондера, установленных соответственно на орбитальном и взлетном модулях зонда «Чанъэ-5». Когда модули находятся на расстоянии около 100 километров друг от друга, микроволновой радар начинает работать, непрерывно обеспечивая подсистему управления навигацией параметрами относительного движения между двумя модулями космического аппарата и реализуя двустороннюю связь. Обе части космического зонда регулируют свое положение в полете в соответствии с радиолокационными сигналами до тех пор, пока стыковочный механизм орбитального модуля не захватит и не зафиксирует взлетный модуль. После этого капсула с образцами лунного грунта переносится с взлетного модуля на возвращаемый.
Сунь У, главный инженер микроволнового радиолокатора сближения и стыковки, сообщил, что в предыдущих миссиях китайский космический корабль много раз отрабатывал процедуру сближения и стыковки на низкой околоземной орбите с применением микроволнового радара. Отличные результаты доказали, что Китай уже успешно освоил технологию сближения и стыковки методом захвата. Но разница состоит в том, что в этот раз сближение и стыковка происходили на лунной орбите на расстоянии 380 тысяч километров от Земли, что намного сложнее предыдущих испытаний.
«По сравнению с низкой околоземной орбитой, условия на лунной орбите более сложные, и аппарату необходимо преодолевать гравитационное влияние Луны. Следовательно, в процессе автоматических сближения и стыковки предъявляются чрезвычайно высокие требования к микроволновому радару. Для этого команда разработчиков овладела рядом ключевых технологий», — сказал Сунь У.
Сближение и стыковка орбитального и взлетного модулей «Чанъэ-5» — это сложный напряженный процесс «погони большого за маленьким» при огромной разнице в масштабах, который требует от микроволнового радара невероятно высокой точности измерения углов. Хэ Чжунцинь, главный конструктор проекта микроволнового радара, сказал, что он используется главным образом для измерения на средних и больших расстояниях от 100 километров до 20 метров, и улучшение точности значительно повысило шансы на аккуратную стыковку.
Кроме того, взлетный модуль, оборудованный транспондером для стыковки, при посадке на Луну и движении по поверхности, неизбежно покрывается лунной пылью. Эти невидимые для глаза частицы могут серьезно влиять на точность измерения углов радаром.
Чтобы обеспечить безопасное путешествие по Луне, дизайнеры установили на транспондер пылезащитный чехол из специальных материалов: «Это словно надеть на аппарат защитные очки, чтобы „видящий на тысячу ли" (обр. дальновидный, прозорливый, прим. пер.) „Чанъэ-5" не стал близоруким», — объяснил Цзи Бо, проектировщик 25 института.
Облегчение аппарата на каждый грамм имеет огромное значение
Фактически микроволновый радар, разработанный группой исследователей и разработчиков 25 института для нынешнего сближения и стыковки, является не только «видящим на тысячу ли», но и в большей степени «держащим ухо по ветру» (обр. иметь представление об окружающей обстановке, прим. пер.). Модернизированная версия радара стала меньше, мощнее и надежнее.
Помимо выполнения своей «основной работы» по измерению расстояний в процессе сближения и стыковки, микроволновый радар также «взял подработку»: он обеспечивал двустороннюю связь воздух-воздух между модулями космического аппарата. Режим коммуникации «один вопрос — один ответ» между радаром и транспондером был модернизирован до «коммуникационного диалога» между орбитальным и взлетным модулями зонда, реализуя двустороннюю передачу команд дистанционного управления и параметров дистанционного измерения.
«Раньше это было похоже на перекличку учеников учителем в классе: радар отправлял сообщение, а транспондер отвечал. Теперь же они также отвечают за передачу информации между взлетным и орбитальным модулями», — сказал Хэ Чжунцинь.
В то же время ученые, взяв за основу предыдущий микроволновой радар сближения и стыковки, вес которого и так уменьшился вдвое, на этот раз выполнили дальнейшие улучшения для облегчения устройства. «Облегчение аппарата на каждый грамм имеет огромное значение для миссии „Чанъэ-5"», — сказал Сунь У.