探月工程是國家重大專項工程，探月三期技術(shù)跨度大、質(zhì)量可靠性要求高，被認為是航天第四個里程碑，舉世矚目。嫦娥五號軌道器在探月三期任務(wù)中扮演著重要角色，負責(zé)地球與月球之間的往返。中國航天科技集團八院電子所承擔了軌道器中的測控數(shù)傳（含天線）和工程圖像與測量2個分系統(tǒng)以及綜合電子分系統(tǒng)中2臺單機的研制任務(wù)。

電子所的產(chǎn)品架起了軌道器在地月之間的橋梁，獲取軌道器關(guān)鍵任務(wù)環(huán)節(jié)中的圖像，測量軌道器在器箭分離過程中關(guān)鍵部位力學(xué)特性參數(shù)，傳遞軌道器和地面站之間的信息，確保探測任務(wù)圓滿完成，并為后續(xù)工作提供相應(yīng)的“參考”。

減重3.6千克：每克重量比黃金還貴

月球探測距離達到40萬公里，相比近地探測通信距離增加了十倍多，要完成攜帶月壤采集樣本返回的功能，且火箭的承載能力有限，飛行器的“重量“就成了非常關(guān)鍵的性能指標要求。毫不夸張的說，減少1克的重量所付出的代價遠比1克黃金還貴重。

工程圖像與測量分系統(tǒng)肩負著探測器太陽翼天線展開、各次分離對接、月球采樣樣品容器轉(zhuǎn)移等過程的監(jiān)視任務(wù)，任務(wù)“多而繁雜”，要求“可識又可靠” ，又要實現(xiàn)“關(guān)鍵事件監(jiān)視備份”。“要達到這樣的任務(wù)，理論上至少需要13臺攝像機才能滿足任務(wù)需求。同時，為了對抗空間艙外惡劣環(huán)境及光照環(huán)境，必須采取合理有效的防護措施，如采用大遮光罩等，按傳統(tǒng)的設(shè)計，鏡頭、電路板等機電熱組合而成的一臺攝像機，最輕的也要0.5千克左右。” 工程圖像與測量分系統(tǒng)主任設(shè)計師吳紅松介紹道。

面對“不可能”實現(xiàn)的重量要求，分系統(tǒng)從空間、時間雙維度進行創(chuàng)新設(shè)計。在空間維度，研制團隊通過設(shè)計建模進行場景重建，引入三維動畫模擬仿真技術(shù)，通過“安裝位置和視場角度”兩個參數(shù)的多輪仿真迭代，最終確定了每個攝像機最小視場角和最優(yōu)安裝布局，保證單個攝像機至少可兼顧二個手型抱爪機構(gòu)，且保證其中一個攝像機清晰監(jiān)視月球樣品容器轉(zhuǎn)移全過程。“別小看這一個位置的確認，設(shè)備安裝在梯形對接艙上，面對布局受限且安裝面存在高度差的困難，付出了團隊一年的心血。”回憶起那段奮斗的日子副主任設(shè)計師葉盛還是感慨萬千。

在時間維度上，分系統(tǒng)團隊逐一對各項監(jiān)視任務(wù)進行分析，采用錯峰分時，開創(chuàng)性地提出了“攝像和壓縮編碼分離”的策略，即一個圖像編碼器帶三路視頻圖像接入的“一拖三”的單機設(shè)計方案。通過工作模式切換，三個監(jiān)視任務(wù)分時實施高清圖像編碼壓縮功能，不僅可傳輸視頻圖像還能拍攝高清晰度照片，完成三個主要活動場景的圖像監(jiān)視任務(wù)。通過壓縮編碼模塊的“重復(fù)”利用，精簡硬件電路，在滿足分系統(tǒng)任務(wù)需求的前提下，最終分系統(tǒng)配套的攝像機由13臺降至4臺，分系統(tǒng)的總質(zhì)量從原來的6.5千克減重到2.9千克，為整個探測器貢獻了比黃金還貴重的3.6千克重量。

節(jié)約一整套設(shè)備：精工細作只為“完美”指標

軌道器測控數(shù)傳分系統(tǒng)從發(fā)射前開機到軌道任務(wù)完成一直保持工作，前后20多天，還需根據(jù)飛行距離切換不同模式、實現(xiàn)不同功能。同時加上太空環(huán)境的惡劣和火箭的有限承載能力，使得測控數(shù)傳產(chǎn)品的指標極其苛刻，唯有“精耕細作”方能達到要求。

軌道器測控數(shù)傳分系統(tǒng)設(shè)計師苗瑞琴介紹道：“嫦娥五號數(shù)傳分系統(tǒng)產(chǎn)品功能豐富，不僅具有遙控、遙測、測量等基本的測控功能，還要支持大容量圖像數(shù)據(jù)的下傳。”這對傳統(tǒng)是一個顛覆，更是一個挑戰(zhàn)。苗瑞琴深知前期總體設(shè)計的重要性，通過查閱國內(nèi)外技術(shù)資料，對設(shè)計方案反復(fù)進行測試驗證和性能優(yōu)化，帶領(lǐng)團隊經(jīng)過了十多輪方案迭代，“每一次失敗，都如跌入低谷，但看著深夜的星空，我們又感覺充滿了力量，因為我們知道離成功又近了一步。”苗瑞琴回憶道，最終，團隊提出了針對不同飛行階段下的多模式工作方案，成功地解決了近地、遠地、環(huán)月飛行環(huán)境多樣性難題，“完美”地完成了上述要求的各項功能。

完美的方案需要完美的產(chǎn)品來實現(xiàn)。在有限的資源條件下，遙遠的距離需要測控產(chǎn)品具有極高的接收靈敏度。作為測控分系統(tǒng)的前端產(chǎn)品——應(yīng)答機，不僅要滿足高靈敏度、高動態(tài)接收要求，還面臨變速率信號在X頻段調(diào)制發(fā)射等眾多技術(shù)難點。應(yīng)答機主管設(shè)計師王文偉不畏艱難，虛心請教各位專家，攻克了所有技術(shù)難點，產(chǎn)品體積、重量、功耗等關(guān)鍵指標遙遙領(lǐng)先于國內(nèi)同類產(chǎn)品，與常規(guī)的低軌衛(wèi)星測控產(chǎn)品相比，靈敏度提高了100倍。同時，應(yīng)答機還將傳統(tǒng)的測控通信和數(shù)據(jù)傳輸功能整合在一臺產(chǎn)品中，相當于節(jié)約了一整套數(shù)傳設(shè)備，與同功能的系統(tǒng)相比，減重約10多公斤，節(jié)省功耗約55瓦，為整器節(jié)約了寶貴的資源，也為后期產(chǎn)品研制奠定了堅實的基礎(chǔ)。

作者：史博臻、韓燦鋒、孫晨

圖：中國航天科技集團八院