38萬公里外的親密“牽手” 首次實現了月球軌道的交會對接
嫦娥 - 5 立管成功地與軌道器和返回裝置組合對接，樣品容器安全地轉移到可回收裝置上。
這是中國首次實現月球軌道交會對接，也是人類首次在月球軌道上進行無人會合和對接。嫦娥五號將于 12 月中旬和下旬返回地球。
擔負著月球取樣和返航任務的嫦娥五號探測器，又一次成功地越過了重要的水平。12 月 6 日 05：42，嫦娥 5 號起立管成功地與軌道飛行器和返回裝置組合對接，并于 06：12 安全地將樣品容器轉移到返回裝置。這是中國首次實現月球軌道交會對接，也是人類首次在月球軌道上進行無人交會對接。
月球軌道交會對接有多難
就像 "穿針引線" 在廣闊的空間里。
據國家航天局月球探索與航天工程中心副主任、嫦娥五號任務發言人裴兆玉介紹，嫦娥五號冒口成功地從月球表面起飛，進入初始交會對接軌道，然后在地面測控系統的遠距離指導下，到達軌道返回組件前部和上方預定的位置，然后自行進行近程制導，接近危險裝置，完成月球軌道交會對接，最終完成軌道內樣品的轉移。
兩艘宇宙飛船在太空中的交會對接就像一根 "針鉛"，在中國的低地軌道交會對接已經多次由神舟和天宮進行，但這是第一次在月球軌道上。
專家指出，在離地球 380000 公里的月球軌道上交會對接必須在規定的時間內完成，如果時間太長，衛星的能量和熱控制將無法支持。此外，月球軌道的 1：3 位于月球背面，沒有測量和控制信號，也沒有衛星導航星座用于飛機導航。為了準確預測兩艘航天器在月球軌道上的位置和速度，達到交會對接所需的精度，對地面測控系統和導航控制技術提出了很高的要求。如果不成功，將需要兩至三天的時間安排會合和對接，而且每月轉移的返回窗口有很高的風險。
在交會對接過程的短程自主控制階段，地面人員只能“看棋不說一句話”。由于月球軌道交會對接精度要求達到厘米級，地月距離太遠，這一階段的交會對接過程將由航天器的制導、導航和控制系統來完成，難度很大。
在近程自主控制階段，制導、導航和控制系統實時調整軌道和姿態。在微波雷達、激光雷達和交會對接相機的中繼支持下，軌道返回組件逐漸趕上升降器，直至“手拉手”，雙方保持同一速度飛行。
“與獅子座相比，月球軌道環境更為復雜，對微波雷達自動交會對接的要求極為嚴格。”中國第二航天科工學院第二十五研究所總工程師孫武，介紹了我國航天器多次在近地軌道交會對接，微波雷達已成功應用。為了指導月球軌道首次無人交會對接，專門研制了嫦娥五號微波雷達。
當返回軌道組件與升空距離約 100 公里時，微波雷達已開始工作，連續向導航控制子系統提供兩個航天器之間的相對運動參數，并進行雙向通信。兩個航天器根據雷達提供的信號調整飛行姿態，直到軌道飛行器上的對接機構捕獲并鎖定升空器。
如何確保“手拉手”的成功
開創爪持機構的設計理念
在月球軌道上，軌道返回組合的重量約為 2.3 噸，如何在交會后與重達約 400 公斤的升降機順利“牽手”？
據中國航天科技集團專家介紹，與我國掌握的地球軌道交會對接方法不同，采用小星星追大恒星和弱撞擊法實現對接。嫦娥五號軌道返回組合體是一顆大恒星追逐一顆小恒星，碰撞對接可能會導致升空器相撞飛行。因此，嫦娥五號所采用的停止控制和抓取方式是，在追趕升降機、以相同速度飛行的過程中，嫦娥五號從后面“伸出”拉動升降機，然后收緊，實現對接。在這個過程中，如果軌道返回組合不小心，就會碰撞光的上升。這就要求軌道返回組件對速度、位置、微重力環境和熱環境有非常細致的把握，以高控制精度保證任務的完成。
為了抓緊雙手，對接機構的三個活動部件“抱爪”安裝在導軌回位總成上，在運動過程中，這三個部件完全靠近升降器，將升降器拉入臂內，完成“緊”的交會對接。
“夾持機構重量輕、抓取可靠、結構簡單、對接精度高。嫦娥五號船采用爪式對接機構。通過增加連桿棘爪式轉換機構，實現了對接與自動轉換功能的集成。這些設計理念是中國科學技術研究院副院長張玉華首先說的。
“所謂抓爪，就是把棍子握在手里的動作。嫦娥五號軌道飛行器副總技術官胡振宇說，探測器采用的對接機構由三組抓爪組成。當升降機接近時，只要將連接面上的三個連桿對齊，夾緊爪擰緊，就可以實現兩個裝置的緊密連接。
軌道返回組件與立管對接完成后，一個重要的動作就是將立管上有月球土的樣品容器轉移到返回器上，并穩定地固定在樣品室中。
在載人航天任務中，當神舟飛船與天宮實驗室對接時，有足夠的空間供航天員通過艙內。雖然月球樣本很小，但用于轉移的通道和容器也非常小。這樣的小動作在過去人類航天史上從未出現過。
這看似是一個簡單的捕獲、折疊和轉移過程，但要在 38 萬公里外高速運行的航天器上實現卻不容易。對接機構和樣品轉移子系統的技術負責人劉忠說，有 35 個應急計劃。
12 月 6 日 12 時 35 分，嫦娥五號軌道飛行器與再入與升空組合體成功分離，進入繞月等待階段，準備返回地球。按照計劃，嫦娥五號將于 12 月中下旬返回地球。
在中國此前的登月任務中，有航天器在月球軌道上飛行了很長一段時間，或最終完全脫離月球引力場，進入更遠的星際空間。這是第一次從月球軌道返回地球。
專家指出，精確設計返回軌道是嫦娥五號在內蒙古四子王旗預定著陸場成功著陸的關鍵保證。對于負責嫦娥五號的搜索和回收的地面測控與回收系統來說，要想時刻“看到”飛船和月球，還需要通過深空測控站、中繼衛星和遠洋空間測量船密切關注嫦娥五號。
當嫦娥五號軌道飛行器從月球向地球呼嘯而過時，它將在距離地球約 5000 公里的高度釋放。隨后，它將以每秒 11 公里左右的第二次太空速度單獨返回地球，比神舟載人飛船從近地軌道返回地面要快得多。
為了解決減速問題，科技人員設計了半彈道跳躍返回的方法。當再入體進入地球大氣層時，經過減速，它將再次跳出大氣層，然后再次進入大氣層。這樣，再入體進入地球大氣層的速度將從每秒十余公里降低到每秒七幾公里，從而達到安全著陸的目的。
