野 看YUE亮 挖土打包告别月球,嫦五创下了哪些第一

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本文目录

  1. 神舟三号和嫦娥五号参数
  2. 嫦娥五号会有哪些传感器
  3. 嫦娥五号是什么火箭
  4. 嫦娥五号力学性能

神舟三号和嫦娥五号参数

神舟三号是中国的载人航天飞船,总长8.9米,最大直径3.35米,总质量为7.8吨。它可以搭载3名航天员,最长可在轨道上停留20天。嫦娥五号是中国的月球探测器,总质量为8.2吨。它包括轨道器、返回器、上升器和着陆器。嫦娥五号的任务是采集月球样品并将其带回地球。它的着陆器可以在月球表面停留14天,采集2公斤的样品。这两个项目都是中国航天事业的重要里程碑,展示了中国在航天领域的技术实力和雄心壮志。

嫦娥五号会有哪些传感器

嫦娥五号配套了数种几十只压力传感器,主要用于测量压力信号,对探测车变轨、绕月飞行、近月降落和月面升空返地时姿态进行调整和控制,保障了探测车能够顺利降落在月球背面指定位置,同时能够保证着陆器月球表面自动采样、上升器月面发射、返回器携带月壤顺利返回等操作。

嫦娥五号是什么火箭

是月球探测器。

嫦娥五号由着陆器、上升器、轨道器和返回器四部分组成。将由我国目前推力最大的长征五号运载火箭,从中国文昌航天发射场进行发射,其计划在探月工程三期中完成月面取样返回任务,是该工程中最关键的探测器,也是中国探月工程的收官之战,这是中国探月工程拿到的第一张返程票。

嫦娥五号力学性能

“嫦娥五号”是中国探月工程“绕、落、回”的收官之战,这次发射堪称中国航天发射中任务最复杂的的一次发射任务。

中国航天科技集团有限公司五院508所承担了该项任务中8台(套)载荷和1台相机控制器的研制工作,其中包括工程参数测量分系统相机6台,制导导航与控制分系统地形敏感器1台,有效载荷分系统降落相机1台。相比嫦娥系列工程前期的任务,508所此次所承担的嫦娥五号项目研制任务呈现出高集成度、高压缩率、高度轻量化、高试验量级、高产品数量的“五高”特点,随之而来的一系列技术难关,像是五座巍峰横亘在项目研制团队面前。团队攻坚克难,使我国轻小型宇航级深空探测相机技术水平迈上了新台阶。

▲嫦娥系列相机的像素数由探月二期的130万提高到了400万

一拖五:硬件工程师的集成之路

嫦娥五号探测器由返回器、轨道器、着陆器和上升器组成。其中着陆器上有5台工程参数测量分系统相机。它们分别是钻取机构监视相机、采样过程监视相机A/B/C和分离上升监视相机。

如果这5台相机独立设计,不仅每台相机的重量会比较重,而且总产热量太大会给相机热控设计造成较大困难。5台相机分别与整星进行电缆连接,更会增加电缆网的复杂度和重量。再考虑到可靠性和设计备份,几乎让团队到了崩溃边缘。5台、热控、电缆、重量、可靠……这些关键词萦绕在硬件工程师张保贵的脑海。这时,一个童年的声音在耳畔响起“葫芦娃,葫芦娃,一个藤上七个瓜……”“对呀!”他重重地一拍大腿,“就这么办!”召集团队马上转入讨论,“每台相机内部都要配备一个供电转换系统,5台相机就是5个,如果‘合五为一’成一台总控制器,就相当于省了4个供电转换系统。不仅能大大降低总重和功耗,整星电缆数量和重量也会大大减少,一举多得!”张保贵的这个想法就是“一拖五”的渊源。

然而,“一拖五”并没那么简单。为了实现该方案,硬件工程师们首次引入了FPGA+DSP处理架构,两芯片分工明确,FPGA主要对相机进行时序控制和图像预处理,DSP主要承担数据压缩任务。这种架构能大幅度提升相机性能和集成度,但技术难度也大幅上升。其中一个技术难点就是两种不同芯片之间的时序协同和通信传输问题。这就好像两个国别不同、语言不通的人合练一段舞蹈,且得沟通磨合呢。仅FPGA软件和DSP软件之间的联调就花了一个多月时间。相机控制器这种“一拖五”设计,支持5路相机控制和图像处理,解决了多通道数据并行处理与模式切换问题,为后续多相机集成设计奠定了技术基础。

150:1高压缩:软件工程师的“缩骨大法”

为提高相机成像质量,项目团队将前期嫦娥系列相机的像素数由探月二期的130万提高到了400万,由于“一拖五”设计,还要支持多路数据同时压缩,意味着数据量是原来的10倍以上。而深空探测数据传输的特点就是通道窄、码率低,这就要求对相机的图像数据压缩到足够小。这是一个非常大的挑战,相当于要把喜马拉雅山的高度压缩到黄鹤楼级别。

软件工程师张原野心中的一片原野顿时隆起了一座座高峰,“该如何镇压呢?”经过任务分析研究,结合此次深空探测对动态过程成像工况多的特点,他引入了H.264压缩编码技术,在相同成像质量条件下可获得更优异的图像。这是国内首次将该项技术应用于深空探测领域。H.264算法的移植、编码效率和稳定性,以及并行处理5台相机的数据,均是要解决的问题。

图像压缩的机理简单来说就是找到像素间的相关性并加以整合。要使庞大连续的视频图像数据通过狭窄的数据通道,就要利用前后帧图像间的相关性减少传输数据量,比如只传输差异性信息,相同信息不再重复传输。这就是软件工程师的“缩骨大法”,算法团队最终实现了高达150:1的H.264视频图像压缩比,并且同时实现了面向静态图像的宽压缩比范围的JPEG2000算法,为后续项目提供了强有力的技术支持。

镁合金是怎样登上月球的

因嫦娥五号探测器肩负着“采样返回”的重任,在携带燃料有限的情况下,整器及其对各单机的重量要求极为苛刻。为实现结构的高度轻量化,8台相机和1台相机控制器都是按克减重的,表面被掏成了蜂窝。即便如此,传统电子学结构材料铝合金依然显得笨重,只剩下了一个办法,那就是更换密度更低的材料。结构设计师佟静波和吴建福背起了元素周期表:氢氦锂铍硼碳氮氧氟氖钠镁铝……在铝前面的金属也就锂铍钠镁了,锂钠太活泼铍有毒,镁合金必然是首选。因此密度约为铝合金三分之二的镁合金材料登上探月相机领域。

设计下来,最轻的相机只有400克。材料轻了,设计师可没那么轻松。同样是轻质金属,镁合金与铝合金还是有区别的,使惯了大刀的关公不太好舞剑,用熟了铝合金的设计师,初次驾驭镁合金也显得生分。材料供应周期长、有的探伤不合格、表面喷漆易脱落、身板软机械加工易变形等,故事情节一波三折。不过,烈马最终被驯服,镁合金顺利开启了登月之旅。

HOLD住!均方根加速度30g

力学试验总能量高达30倍的重力加速度是通常遥感相机试验能量的3倍多,比之前相机的试验能量约20倍重力加速度还要多出50%量级。对于电子设备来说可能是要振出“内伤”的。为了满足抗力学设计,结构设计师可谓绞尽脑汁,既要实现高度轻量化设计,更要兼顾设备的抗力学性能。

“这里能不能给我留个安装孔”、“那几个器件能不能换个位置,给加强筋留个路”等等,电路板布局已然十分紧张了,结构设计师与硬件工程师还要就局部细节反复协调、互求让步。龙生九子各个不同,8台载荷加1台相机控制器就是9倍的工作量。30倍重力,无论是设备还是设计师,都要HOLD住!

产品68台套、技术文件垒起来有一人高。

采样返回是一个复杂过程,508所承担的嫦娥五号相机数量也是目前为止历次发射任务中数量最多的一次。在相机全周期研制过程中,共交付各阶段产品68台/套,创下了研制的一个小新高,相关技术文件叠加的高度接近2米,研制艰辛可见一斑。可以说,整个嫦娥五号小相机的研制过程,体现了508所相机研制团队勇于登攀的奋斗精神、克难攻坚的创新意识、继往开来的大局观念。

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嫦娥五号T1返回试验器的长三丙末级,即将撞击月球