1965年12月15日,美國(guó)“雙子星座”6號(hào)和7號(hào)飛船在航天員參與下,實(shí)現(xiàn)了世界上第一次有人空間交會(huì)。這兩艘飛船在不同軌道上并列飛行,兩艘飛船的間距保持在1.83米至3.05米之間,距離地球達(dá)312公里。

第一次兩個(gè)航天器交會(huì)對(duì)接

1966年3月16日,美國(guó)航天員阿姆斯特朗和斯科特乘坐“雙子星座”8號(hào)飛船,手動(dòng)操作交會(huì)過(guò)程,與無(wú)人“阿金納”目標(biāo)飛行器對(duì)接,實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)航天器之間的首次交會(huì)對(duì)接。對(duì)接后,飛船猛烈滾動(dòng)旋轉(zhuǎn),阿姆斯特朗不得不將飛船與“阿金納”分開(kāi)。但飛船仍在滾動(dòng),改用手動(dòng)控制,才使飛船穩(wěn)定下來(lái)。后查明是因人為扳錯(cuò)開(kāi)關(guān)造成姿控系統(tǒng)故障。為確保安全,飛船緊急返回。

第一次自動(dòng)交會(huì)對(duì)接1967年10月30日,蘇聯(lián)發(fā)射“宇宙”188號(hào)無(wú)人飛船。飛行49圈時(shí)與“宇宙”186號(hào)飛船在太空實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)接。對(duì)接飛行了3.5小時(shí),飛船上電視攝像機(jī)拍攝了對(duì)接過(guò)程圖像。兩艘飛船還于10月31日、11月2日各自分離出一個(gè)密封回收艙返回地面?！坝钪妗?86號(hào)與“宇宙”188號(hào)完成了蘇聯(lián)的首次自動(dòng)交會(huì)對(duì)接。

第一次兩艘載人飛船空間對(duì)接

1969年1月16日,載有航天員沙塔洛夫的“聯(lián)盟”4號(hào)飛船與載有航天員沃雷諾夫、葉利謝耶夫和赫魯諾夫的“聯(lián)盟”5號(hào)對(duì)接成功,第一次實(shí)現(xiàn)兩艘載人飛船在太空對(duì)接,共對(duì)接了4小時(shí)35分鐘。對(duì)接后,“聯(lián)盟”5號(hào)的2名航天員經(jīng)過(guò)1小時(shí)的艙外活動(dòng),轉(zhuǎn)移到“聯(lián)盟”4號(hào)上。

第一次航天飛機(jī)與空間站交會(huì)對(duì)接

1995年6月29日,美國(guó)航天飛機(jī)“亞特蘭蒂斯”號(hào)順利地與太空運(yùn)行的俄羅斯“和平”號(hào)空間站對(duì)接成功。由于俄羅斯在其“聯(lián)盟”號(hào)飛船與空間站方面已積累了70多次交會(huì)對(duì)接的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),美國(guó)“亞特蘭蒂斯”號(hào)航天飛機(jī)使用了俄羅斯研制的對(duì)接機(jī)構(gòu)。

5時(shí)42分，嫦娥五號(hào)上升器成功與軌道器和返回器組合體交會(huì)對(duì)接，并將樣品容器安全轉(zhuǎn)移至返回器中。這是人類首次實(shí)現(xiàn)月球軌道無(wú)人交會(huì)對(duì)接，這也意味著中國(guó)深空探索技術(shù)在全球處于領(lǐng)先水平。

嫦娥五號(hào)挑戰(zhàn)人類首次，也意味著嫦娥五號(hào)在技術(shù)上已經(jīng)遠(yuǎn)超阿波羅飛船，這恰恰也證明了科學(xué)技術(shù)隨著時(shí)代的發(fā)展在不斷進(jìn)步

月球軌道無(wú)人交會(huì)對(duì)接技術(shù)難度有多高

要在月球完成無(wú)人交會(huì)對(duì)接，可以說(shuō)是我國(guó)航天領(lǐng)域迄今為止最復(fù)雜、難度最高的任務(wù)之一。當(dāng)初美國(guó)能夠在月球完成無(wú)人交會(huì)對(duì)接，靠的是人工操作，

為了可以讓探測(cè)器可以精準(zhǔn)對(duì)接，地面人員還要做好前期工作，實(shí)時(shí)精密定軌，確定最符合跟蹤觀測(cè)數(shù)據(jù)的軌道，西安衛(wèi)星測(cè)控中心所屬的佳木斯深空站、喀什深空站、三亞測(cè)控站，利用我國(guó)陸基站“大三角”的優(yōu)勢(shì)，實(shí)施了三向測(cè)量，確保了上升器軌道的高精度確定，在此期間，上升器姿態(tài)變化頻繁、信息傳遞關(guān)系復(fù)雜，目標(biāo)切換時(shí)間十分緊湊，所以挑戰(zhàn)難度非常大，這需要中國(guó)構(gòu)建了非常成熟的覆蓋全球的深空測(cè)控網(wǎng)。確定好了軌道數(shù)據(jù)，傳輸給嫦娥五號(hào)之后，接下來(lái)的交會(huì)對(duì)接就要靠嫦娥五號(hào)自己完成。

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因?yàn)橹暗臒o(wú)人交會(huì)對(duì)接，這些都是在地球軌道上進(jìn)行的，有充足的地面站與人造衛(wèi)星資源提供精準(zhǔn)的測(cè)距、定位、導(dǎo)航服務(wù)，而在月球軌道附近，地面測(cè)控支持能力受限，除了提供精密定軌數(shù)據(jù)之外，其他需要更多地讓探測(cè)器自主實(shí)現(xiàn)。

而這對(duì)探測(cè)器的自主性要求非常高，首先是月球的引力不同，月球的引力只有地球六分之一，而且兩個(gè)航天器的相對(duì)位置要控制在誤差不能超過(guò)5厘米這樣的一個(gè)精度，交會(huì)對(duì)接過(guò)程中由于兩個(gè)航天器的重量差異很大，一旦速度控制出現(xiàn)偏差，就會(huì)造成兩器相撞從而導(dǎo)致對(duì)接的失敗。

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這就對(duì)探測(cè)器的設(shè)計(jì)、零件的精密性提出了更高的要求，嫦娥五號(hào)的對(duì)接機(jī)構(gòu)必須做到小而精，其重量要減小到周邊式對(duì)接機(jī)構(gòu)的十五分之一，同時(shí)，還要具備樣品容器捕獲、自動(dòng)轉(zhuǎn)移功能，重量更輕、精度更高、過(guò)程更穩(wěn)。

比如為了更好完成對(duì)接，中國(guó)航空工作人員設(shè)計(jì)了光學(xué)成像敏感器，用于飛船與目標(biāo)飛行器交會(huì)對(duì)接的近距離成像測(cè)量敏感器，具有雙波長(zhǎng)激光輸出特性，無(wú)論在無(wú)光環(huán)境還是強(qiáng)光環(huán)境下，均能為光學(xué)成像敏感器提供精確的目標(biāo)指引。

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所以我們?cè)O(shè)計(jì)了抱爪式對(duì)接機(jī)構(gòu)，探測(cè)器采用的對(duì)接機(jī)構(gòu)就是由3套K形抱爪構(gòu)成的，當(dāng)上升器靠近時(shí)，只要對(duì)準(zhǔn)連接面上的3根連桿，將抱爪收緊，就可以實(shí)現(xiàn)兩器的緊密連接。再通過(guò)增加連桿棘爪式轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)接與自動(dòng)轉(zhuǎn)移功能的一體化，這些設(shè)計(jì)理念都是世界首創(chuàng)。

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抱爪式對(duì)接機(jī)構(gòu)

簡(jiǎn)單總結(jié)，阿波羅飛船因?yàn)椴捎萌斯げ僮鳎哟址?，?duì)于精密度、智能化要求不是很高，而中國(guó)嫦娥五號(hào)則更加精密化、智能化、自動(dòng)化。

擁有了無(wú)人交會(huì)對(duì)接技術(shù)之后，中國(guó)將在以后的載人登月技術(shù)上擁有更高的可靠性，而且更有利于以后火星探測(cè)以及采樣返回，要知道火星距離地球最遠(yuǎn)4億公里，測(cè)控通信時(shí)延來(lái)回有幾十分鐘，地面支持力度會(huì)更弱，對(duì)探測(cè)器的精密化、智能化、自動(dòng)化要求更高。

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除此之外，這些技術(shù)中國(guó)嫦娥五號(hào)也更先進(jìn)

在從月球返回的時(shí)候，阿波羅飛船采樣的是升力再入模式，在設(shè)計(jì)返回艙外形的時(shí)候稍微讓它有一點(diǎn)升力，比如聯(lián)盟號(hào)/神州號(hào)飛船采用的鐘形，或者阿波羅飛船的錐體造型，這類造型的返回艙擁有一定的升力，在大氣層中飛行時(shí)可以通過(guò)自帶的姿控系統(tǒng)調(diào)整姿勢(shì)進(jìn)而調(diào)節(jié)升力。

然而這對(duì)于隔熱層的防護(hù)提出了很高的要求，要硬抗3000攝氏度熱流燒蝕，5.9t總重的阿波羅飛船返回艙里足足1.36t（3000lbs）是隔熱層。這嚴(yán)重?cái)D壓了宇航員的生存活動(dòng)空間。

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而嫦娥五號(hào)采樣的是“太空打水漂”技術(shù)，返回艙利用自帶的升力借助大氣層密度變化的跳板，把自己從高速降落的彈道中脫離出來(lái)，反彈回大氣層外面，此時(shí)經(jīng)歷過(guò)一次減速之后的返回艙速度已經(jīng)大大降低，再次進(jìn)入大氣層的時(shí)候條件就溫和得多，而這對(duì)于角度的要求非常高。

這樣一來(lái)，再入時(shí)速度較高的階段大氣比較稀薄，燒蝕不會(huì)太嚴(yán)重，而進(jìn)入稠密大氣層的時(shí)候速度又沒(méi)那么快了，過(guò)載低的同時(shí)熱流也更小?？梢园褵岫茏龅母p薄，從而探測(cè)器擁有更多的空間。

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需要說(shuō)明的一點(diǎn)，這個(gè)技術(shù)原理脫胎于錢學(xué)森提出的錢學(xué)森彈道，嫦娥五號(hào)完全也可以采用粗暴的加厚隔熱層模式，但是中國(guó)之所以采用更加高難度的打水漂技術(shù)，也是為以后載人登月作準(zhǔn)備，這樣就可以擁有更大的科技，除了更加方便宇航員之外，也可以搭載更多的載荷。而且探測(cè)器重量也會(huì)下降，對(duì)火箭的推力也不會(huì)要求這么高，中國(guó)也不需要像美國(guó)土星五號(hào)一樣堆發(fā)動(dòng)機(jī)。

阿波羅飛船當(dāng)時(shí)也想采用這樣的“太空打水漂”技術(shù)，但是受限于時(shí)代，計(jì)算機(jī)的運(yùn)力太弱，休斯敦地面控制中心全部設(shè)備的計(jì)算力約等于如今的一臺(tái)筆記本電腦。登月艙的計(jì)算力“介于一塊電子表和一臺(tái)手機(jī)（非智能）”之間。

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另外，嫦娥五號(hào)任務(wù)對(duì)于探測(cè)器著陸點(diǎn)的位置精度和平整度有空前高的要求：著陸區(qū)域內(nèi)應(yīng)沒(méi)有太高的凸起，沒(méi)有太深的凹坑，坡度也要符合任務(wù)要求。可以說(shuō)，落月的過(guò)程就是著陸器、上升器組合體邊飛行邊找尋落點(diǎn)，在大約15分鐘內(nèi)完成約600公里外的全程自主跳傘。所以嫦娥五號(hào)需要自主導(dǎo)航技術(shù)，來(lái)尋找合適的降落地點(diǎn)，嫦娥五號(hào)最BUG的是擁有全自主避障系統(tǒng)，在整個(gè)登月下降階段沒(méi)有一絲一毫的人為干預(yù)。

美國(guó)至今為止都還沒(méi)有掌握全自主避障系統(tǒng)。阿波羅飛船則是靠人來(lái)駕駛，完全依靠宇航員的駕駛技術(shù)。

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最后，就是月壤的封裝，實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)、多樣化自動(dòng)采樣，這就需要在180攝氏度環(huán)境下持續(xù)正常工作的耐高溫電機(jī)。

地球表面包裹著大氣層，大氣環(huán)境中不僅有氣體成分，還漂浮著各種固體顆粒，如果月球樣品接觸到大氣中的這些物質(zhì)，就會(huì)造成污染，導(dǎo)致月球樣品科研價(jià)值大打折扣。為確保月球樣品在返回地球過(guò)程中，保持真空密閉以及不受外界環(huán)境影響，探測(cè)器在月面對(duì)樣品進(jìn)行了密封封裝。從探測(cè)器采樣到無(wú)人交會(huì)對(duì)接樣品轉(zhuǎn)移再到再入回收等過(guò)程，可以保證樣品在返回地球的過(guò)程中不能有任何污染。

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而阿波羅飛船并沒(méi)有這樣的密封封裝技術(shù)，這也導(dǎo)致帶回來(lái)的樣本遭受了不同程度的污染。

總結(jié)

隨著時(shí)代的發(fā)展，科技也在不斷的進(jìn)步，這是時(shí)代的必然，也是人類進(jìn)步的必然，無(wú)論是計(jì)算機(jī)算力，還是材料科學(xué)的發(fā)展，抑或是通信技術(shù)的更迭，阿波羅時(shí)代都無(wú)法和現(xiàn)在比擬。

當(dāng)初美國(guó)舉全國(guó)之力，每年投入200多億美元（站國(guó)家年度預(yù)算的4%左右），投入30萬(wàn)人才完全是堆人堆錢才創(chuàng)造的這項(xiàng)奇跡，這也導(dǎo)致了在往后，美國(guó)很難再次復(fù)制這樣的奇跡。

而中國(guó)則是以科學(xué)研究為基礎(chǔ)的，步步為營(yíng)的，成本可控的、可持續(xù)發(fā)展的。從而做到了智能化、無(wú)人化、自動(dòng)化，嫦娥五號(hào)的研發(fā)制造投入,再加上“長(zhǎng)征五號(hào)”運(yùn)載火箭的投入,“嫦娥五號(hào)”發(fā)射計(jì)劃的總投入也才30億元。

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而且，中國(guó)嫦娥五號(hào)只要成功返回地球，也就意味著中國(guó)已經(jīng)掌握了載人登月技術(shù)，因?yàn)殒隙鹞逄?hào)就是一次載人登月技術(shù)的前期驗(yàn)證，任何環(huán)節(jié)都對(duì)標(biāo)載人登月。

總結(jié)來(lái)說(shuō)，嫦娥五號(hào)技術(shù)超過(guò)阿波羅飛船，人類進(jìn)步的必然。