「嫦娥五号」顺利完成人类首次月轨无人对接，样品成功转移，意味着什么？有哪些难点和亮点？
一、 意味着什么？
1. 中国航天技术的跨越式发展：
核心技术突破： 最直接的意义在于，中国成功掌握了月球轨道无人交会对接这一人类首次实现的关键技术。这包括了精确的导航制导与控制（GNC）、遥操作技术、目标探测与识别、对接机构的可靠性以及样品的高效转移等一系列复杂技术。此前，只有苏联和美国在载人月球探测任务中实现过月轨对接，但都是由载人飞船与轨道器或着陆器之间进行，而“嫦娥五号”是无人状态下完成，技术难度和复杂程度更高。
完整月球采样返回能力验证： 嫦娥五号任务的设计初衷就是实现月球无人采样返回，此次对接和样品转移的成功，是该任务最核心、最关键的一环，意味着中国已经完整掌握了从月面起飞、月轨交会对接、样品转移到最终返回地球的全套月球采样返回技术。
重返月球、常驻月球的战略支撑： 此次任务成功，为中国未来更宏大的月球探测计划，如建立月球科研站、载人登月等，提供了至关重要的技术支撑和经验积累。它证明了中国有能力独立完成高难度的月球任务，并且能够实现对月球资源的勘探和利用。
2. 月球科学研究的新篇章：
“新月壤”的科学价值： 嫦娥五号采集的是月球迄今为止最年轻的月壤样品，约17.3亿年前的月壤。这将为科学家们研究月球晚期火山活动、月球演化过程、月球内部结构以及月球上稀土元素的形成机制等提供前所未有的宝贵数据。
全球科学合作的开端： 中国已表示将把部分月球样品分享给国际科学家进行研究，这将极大地促进全球月球科学研究的深入发展，为全人类认识月球提供新的视角和可能性。
3. 中国国际影响力与科技自信的提升：
提升科技实力和国际地位： 此次任务的成功，再次向世界展示了中国在航天领域的强大实力，提升了中国在国际科技界的地位和影响力。
激发民族自豪感和科技创新热情： 对于中国人民而言，这是国家科技进步的又一重大成就，极大地增强了民族自豪感，并将激励更多年轻人投身于科技创新事业。
二、 难点分析
月轨无人对接和样品转移的难度极高，主要体现在以下几个方面：
1. 月球轨道环境的复杂性：
距离遥远与通信延迟： 月球距离地球约38万公里，信号传输存在近3秒的往返延迟。这意味着地面控制中心无法实时遥控，对自主控制和规避风险能力提出了极高要求。
月球引力微弱但不均匀： 月球引力虽然比地球小很多，但仍然存在。同时，月球存在质量瘤（mascons），这些区域的引力分布不均匀，会对航天器的轨道控制产生影响，需要精确计算和调整。
月球轨道参数的动态变化： 月球的轨道不是一个完美的圆形，而是椭圆形，并且会受到地球和其他天体的引力扰动而发生变化。这要求对接的航天器必须具备高度的轨道自主计算和维持能力。
2. 无人交会对接的精确控制：
自主导航与相对测量： 在缺乏载人飞船内宇航员的直接观察和手动操作下，无人对接系统必须依靠高精度的传感器（如激光雷达、视觉传感器等）对目标飞行器进行自主测量和定位。这需要算法的精确性、传感器的灵敏度和可靠性。
自主避障与风险规避： 在接近过程中，任何微小的偏差都可能导致碰撞。对接系统必须能够自主识别潜在的危险（如对接机构的异常、目标飞行器的姿态偏差等），并及时进行规避机动。
低速、低相对速度的精准控制： 对接过程需要航天器在极低的相对速度下进行精确的相对运动，最终实现“零相对速度”的捕获。这对发动机的精确变轨能力、姿态控制精度要求极高。
对接机构的设计与可靠性： 对接机构需要能够承受相对运动带来的冲击，并保证可靠的锁紧和样品转移通道的密封性。
3. 样品转移的自动化与可靠性：
真空环境下的转移： 月球表面和对接空间都是真空环境。样品转移装置需要能够在真空下稳定工作，避免样品污染或逸散。
机械臂的精确操作： 月面采样器收集到的样品需要通过真空机械臂转移到上升器内部，再由上升器转移到轨道器。机械臂的设计需要考虑微重力环境下的操作精度，以及避免样品在转移过程中受到损坏或污染。
转移通道的密封与隔离： 确保从月面采样到最终返回地球，样品始终被封闭在容器中，避免与外部环境接触，保证其科学价值。
4. 能源、通信与故障诊断：
长距离通信的稳定与抗干扰： 确保从月球轨道到地球的通信稳定可靠，尤其是在对接和样品转移的关键阶段。
自主故障诊断与处理： 在遥远的月球轨道上，一旦发生故障，需要有强大的自主故障诊断和应急处理能力，以最大限度地保证任务的成功。
三、 亮点分析
尽管困难重重，但“嫦娥五号”任务在技术和实施层面展现出了诸多亮点：
1. 人类首次月轨无人对接的创举：
技术创新与自主性： 这是本次任务最核心的亮点。在没有任何载人辅助的情况下，依靠先进的自主导航、制导、控制和通信技术，成功实现了两个高度复杂的航天器在陌生的月球轨道上“精准牵手”，并完成了样品的高效转移。这标志着中国在深空探测领域取得了世界领先的成就。
无人化探索的范式： 这种无人对接模式，为未来开展更多、更复杂、更具风险的深空探测任务（例如探测小行星、彗星，甚至进行系外行星的近距离探测）提供了重要的技术验证和经验积累。它降低了未来任务的风险和成本，提高了任务的成功率。
2. 先进的自主导航、制导与控制（GNC）系统：
高精度感知与定位： 嫦娥五号采用了多种先进的传感器和算法，能够在高相对速度下对目标飞行器进行精确的探测和识别，并实时计算出最优的相对运动轨迹。
智能化的决策与执行： 对接过程中，系统能够根据实时数据自主做出判断，并操纵发动机进行精密的变轨和姿态调整，以克服各种干扰因素。这种高度的自主性是成功的关键。
3. 高效可靠的样品转移技术：
真空封装与隔离： 样品从月面转移到上升器，再到轨道器，全程实现了真空封装和可靠隔离，确保了样品的原始状态和科学价值。
“太空钻取”与“铲取”的结合： 嫦娥五号的着陆器采用了钻取和表取两种方式获取月壤，并能将不同深度的样品分别存储在不同的容器中，为科学研究提供了更丰富的样本类型。这些样品也需要通过精密机构转移到轨道器。
4. 任务设计的创新性与系统集成能力：
“四器合一”的复杂构型： 嫦娥五号任务的航天器由轨道器、返回器、着陆器和上升器四个部分组成，其复杂性远超以往的月球探测任务。如何将这些部分有机地整合在一起，协同工作，充分展现了中国强大的系统工程能力和技术集成水平。
一次任务实现多项突破： 嫦娥五号任务不仅仅是采样返回，还包含了月面软着陆、月面起飞、月轨交会对接、样品转移、月地转移、再入返回等一系列高难度动作，一次任务实现多项技术突破，效率极高。
5. 科学研究的重大突破潜力：
“新月壤”的独特性： 如前所述，此次获取的月壤是迄今为止最年轻的样品，其科学研究价值不可估量，有望改写我们对月球演化史的认知。
国际合作的前景： 中国分享月球样品的姿态，为未来的国际月球科学研究合作打开了大门，有助于汇聚全球智慧，共同推动人类对宇宙的探索。
总而言之，“嫦娥五号”任务的成功，是人类月球探测史上的一个重要节点。它不仅代表了中国航天技术自主创新能力的飞跃，也为人类深入探索和利用月球开启了新的篇章，具有里程碑式的意义。
网友意见
早上起来连续两个航天领域的重磅消息推送在手机上：日本隼鸟二号任务历时六年，无动力穿越大气层成功降落在澳大利亚，完成了采样返回的梦幻之旅。另一个当然是我们的嫦娥5号，一举完成月球轨道无人对接并转移样品，12月5日真是一个不平凡的日子。
今天的国际媒体报道主要还是在说隼鸟2号，今天的嫦娥5号有点汪锋上头条，恰巧上不去的意思。
大家都是月球归来，刚下飞船的忙人，关于这次对接做了个小表，一目了然看一下。
简单的对接过程大概是100KM外开始雷达双向探测，5KM停泊一下，140米和20米再停泊一下，然后进行最后接近，靠抱抓机构把上升器捉到后将样品放入返回舱。详细过程可以看 @我们的太空 的答案。
整个过程官方的视频太长，音乐不够强劲，不足以表达我激动的心情，我重新剪了一个，40秒，只要40秒，献给没耐心看几分钟长视频的你们。
希望大家喜欢，大家一起给中国航天加油助力，期待嫦娥平安归来。
好好好！
技术上讲：
最困难的两步（上升、月轨对接）终于都完成了。（当然，降落更难，但已经完成）
后面的返回地球轨道这和回收，我们以前就进行过的，尤其是回收，包括载人宇宙飞船的回收，我们都进行过。应该是有经验的。
我前几天比喻，着陆器好比是自动挖土机，上升器是皮卡，返回器是卡车。
苏联当年没有皮卡这一步。
而美国的挖土机不是自动的。
所以，我们的这次探月也可以说是史无前例。
有人拿嫦娥五号与日本的隼鸟2号对比，但隼鸟1号带回来的几个颗粒是不是外太空物质难以确定。日本隼鸟2号没有这些复杂的着陆、上升、对接的过程，对于后续太空探索技术的提升，没有什么帮助。
而我们这套方案有利于后续的探月。
美国虽然以前有阿波罗探月，但是当时系统的可靠性、功能性放到今天是难以接受的。第三次登月发生了事故，差点造成宇航员的丧生。
我前几天说了一下月尘问题，貌似这一次美国也仍然在关注月尘问题。当时没有很好地解决，现在可不能像以前一样将就。
而且，最重要的是，土星五号总共发射了13次，有两次出现推进器失灵的事故，虽然都通过一些手段弥补回来了，但这种玄乎事玩多了必定出事（土星5号运载火箭_百度百科）。所以土星五号必需要大改或部分重新设计。
总之，在当前的一轮月球探测中，我们处于领先水平。
北京时间2020年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。
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。
实现这个过程的核心就是由中国航天科技集团八院研制的对接与样品转移机构。
嫦娥五号实现人类首次月球轨道无人自动交会对接和样品转移。虽同名“交会对接”，但嫦娥五号采用的对接方式与我们所熟悉的载人航天采用的对接方式却有很大的区别。
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。而与近地轨道的任务不同，月球探测对探测器的质量和空间有严苛限制，嫦娥五号的对接机构必须做到小而精，其重量要减小到周边式对接机构的十五分之一，同时，还要具备样品容器捕获、自动转移功能，重量更轻、精度更高、过程更稳。
“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。因此，我们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，这些设计理念都是世界首创。”中国航天科技集团有限公司八院嫦娥五号探测器副总指挥张玉花介绍说。“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。探测器采用的对接机构就是由3套K形抱爪构成的，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。而轨道器和上升器对接完成后，还要进行一个重要动作，就是将上升器上装有月壤的样品容器转移到返回器中。
“连杆棘爪式转移机构，采用了一个非常巧妙的设计。”胡震宇介绍，“我们利用2套倒三角形构型的棘爪，通过4次伸缩，使得容器逐渐移动到返回器中。这个构形很像我们经常使用的扎带，相连后就只能单方向传递，只能前进不能后退。”
捕获、收拢、转移，看似简单的过程，但在38万公里之外高速运行的飞行器上实现却远远没有那么简单。
“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解释，“对接全步骤要在21秒内完成，1秒捕获、10秒校正、10秒锁紧。为此我们做了35项故障预案，从启动开始到交会对接，全部采用自动控制。”
作为工程研制单位，八院805所从2011年就开始开展相关技术的攻关和工程研制，以突破轻小型弱撞击式对接、复杂接口自动样品转移、对接与转移一体化等关键技术。
“我们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，通过不断地测试、优化，确保自动对接与样品转移过程的万无一失。”刘仲介绍，“我们甚至在试验中故意加入小故障，让对接机构自动判别，进行故障排除，确保整个过程一气呵成、稳妥可靠。”
由中国航天科工集团有限公司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，成功引导探测器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。
看得清 更精准
月球轨道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100km时，微波雷达开始工作，不断为导航控制分系统提供两航天器之间的相对运动参数，并进行双向空空通信，两航天器根据雷达提供的信号调整飞行姿态，直至轨道器上的对接机构捕获、锁定上升器。随后，再对上升器中的月壤样品和容器进行转移。
航天科工二院25所交会对接微波雷达总工程师孙武介绍，此前的载人航天工程任务中，我国航天器在近地轨道进行过多次交会对接，都应用了航天科工的微波雷达，五战五捷的表现足以证明，我国已经成功掌握交会对接技术。但不同的是，这次是在距离38万公里之外的月球轨道进行对接，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的唯一手段。月轨环境更复杂，要克服月球引力影响，所以自动交会对接对微波雷达提出的要求极为苛刻。为此，微波雷达团队攻克了相位干涉仪测角、大宽角度测量等关键技术。”孙武重点强调了微波雷达产品应对月球轨道环境的新变化。
其中对于大宽角度的精确测量，孙武带领团队着实下了一番功夫。
因嫦娥五号的轨道器和上升器交会对接，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。这样一来，需要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，进一步提高了微波雷达的测角精度，大幅提升了精准对接的胜算。” 微波雷达项目主任设计师贺中琴介绍说。
此外，装有对接用应答机的上升器在落月时难免形成扬尘，这些肉眼不可见的月尘干扰将会严重降低测角精度。
为确保安全度过月球之旅，应答机上安装了特殊材料的防尘罩，“就像给‘千里眼’戴上了‘护目镜’，‘嫦娥’的这双‘千里眼’，就不会变成‘近视眼’，甚至‘全盲’了。”青年设计师纪博已经是第二次参与交会对接任务，说起自己的产品，她自豪与兴奋地打起了比方。
会说话 更可靠
孙武说：“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。”微波雷达在保证交会对接测量“本职工作”的同时，升级了在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。
“以前就像老师上课点名，雷达发消息，应答机答‘到’。而现在它们不仅自己要通话，还要负责上升器和轨道器之间的信息传递。”贺中琴说。同时，在此前“天舟”“天宫”交会对接微波雷达已经实现减重一半的基础上，这次再进一步开展了轻量化的改进。“交会对接雷达减去的重量比月壤采样重量还高，哪怕一克的重量减轻，对月壤采样任务的意义，都是巨大的。”孙武感慨。
此次微波雷达在首次地外天体轨道对接过程中的完美表现，与之前载人航天工程的那五次任务一样，毫无悬念、毫无差错。这也是孙武团队对产品质量“零缺陷”的坚持，对“一次成功”的诠释。
由中国航天科工集团有限公司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“惯测系统”，也是关键！
要实现自动交会对接，需要以非常精确的控制来确保轨道返回组合体与上升器之间的相对速度尽可能小，而加速度反映的恰恰是速度变化的情况。交会对接时的加速度，只有探测器升空过程中最大加速度的千万分之一量级，高精度加速度计组合能够实现微小加速度的精准测量。
组合“队长” 带着“坐垫”去远行
在此次交会对接中，主要实施加速度测量的高精度加速度计组合是这支“惯测小分队”中的“队长”，这已经是它第三次陪伴“嫦娥”远赴月宫。为了能够给“嫦娥”提供高精度、高可靠的测量结果，组合采用了独特的冗余设计方案，任务可靠度可达0.999983，曾以完美的表现助力“嫦娥三号”“嫦娥四号”任务圆满成功。“此次任务，组合主要承担探测器在地月转移、环月飞行、月球轨道交会对接和月地转移阶段的平动加速度测量，以实现对探测器沿轨道飞行和交会对接过程中平稳、准确的机动控制。” 航天科工三院33所高精度加速度计组合主任设计师于华男介绍说。为了这一次“远行”，研制团队特地为组合产品增加了新部件——内部减振器。由于此次飞行对组合的抗冲击特性提出了更高的要求，增加内部减振器就像是给组合增加了一组吸振隔振的“坐垫”，有了这些“坐垫”的加持，即使外界环境存在较大的冲击和振动，加速度计组合仍能在相对稳定的环境下正常工作。
然而，减振器的设计和安装可不像加“坐垫”那样简单。航天科工三院33所设计师付继波介绍说：“减振器安装在组合的多个位置，就像是垫在了柜子的四角，受到冲击时各减振器的变形量存在微小差别，‘垫子’不等高了，加速度计组合就会发生转动，即使是非常微小的转动也会对测量精度带来很大的影响。”为尽可能消除转动变形，团队用两个多月的时间进行了大量的冲击试验，彻底摸清减振器在不同位置、不同冲击条件和不同安装方式下的形变量，最终将形变量控制在了角秒级，确保组合测量精度不受影响。
“金牌搭档”保障全程加速度
“小分队”中的石英挠性加速度计和I/F转换电路是一组“金牌搭档”，在此次任务中，这对“金牌搭档”“承包”了“嫦娥五号”月宫之旅全程各关键阶段的加速度测量任务——不仅在高精度加速度计组合产品中应用，还在着陆上升组合体和返回器的IMU（惯性测量单元）中扮演关键角色。作为加速度测量的核心器件，这对搭档可谓是功勋神器，曾先后助力神舟系列飞船的11次飞行任务和“天舟”“嫦娥三号”“嫦娥四号”任务，连战连捷；I/F转换电路还以其高可靠性、高精度的测量信号转换能力，在长征四号、长征六号系列火箭和新一代载人飞船试验船返回舱中成功应用。
石英挠性加速度计是敏感加速度的关键传感器，I/F转换电路则能够将加速度计输出的电流信号转换为适合计算机处理的数字脉冲信号。由于在探测器的不同部分承担的任务各不相同，研制团队分别为加速度计配备了不同量程的I/F转换电路。“信号转换的过程就像是用天平和砝码给信号‘称重’，加速度变化量大电流信号变化量也大，就需要使用大的‘砝码’。” I/F转换电路主任设计师赵洪利这样比喻。
在交会对接和轨道控制过程中，轨道器加速度的变化量不大，团队采用小量程的转换电路，能够在同等条件下提供更高精度的加速度测量信息，以实现对探测器更加精准的速度控制；而在月面着陆和返回再入阶段，加速度变化量大，则采用“砝码较大”的大量程转换电路，满足对加速度信息的完整覆盖，确保“嫦娥”飞行全程的速度变化尽在掌握。
1、预祝返回着陆顺利！
2、我们已整装待发，月球！火星！更遥远的深空！我们来了！！
我们的太空，激情燃烧的太空！
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