12月6日5時(shí)42分，由航天科技集團(tuán)五院抓總研制的嫦娥五號(hào)的上升器成功與軌道器和返回器組合體交會(huì)對(duì)接，并于6時(shí)12分將樣品容器安全轉(zhuǎn)移至返回器中。這是我國首次實(shí)現(xiàn)月球軌道交會(huì)對(duì)接。

▲軌道器逐漸接近上升器（來源：國家航天局）

▲軌道器與上升器完成交會(huì)對(duì)接（來源：國家航天局）

雖然中國已經(jīng)在載人航天工程中突破了太空自動(dòng)和手動(dòng)交會(huì)對(duì)接技術(shù)，可月球軌道和地球軌道交會(huì)對(duì)接有很多不同點(diǎn)。

在交會(huì)對(duì)接之前，嫦娥五號(hào)軌返組合體通過4次軌道調(diào)整進(jìn)入200公里環(huán)月圓軌道，等待上升器的到來。上升器通過人工遠(yuǎn)程導(dǎo)引，進(jìn)入210公里環(huán)月圓軌道，在軌返組合體的斜上方，使軌返組合體能“看到”它。

因?yàn)樵虑蜍壍赖慕粫?huì)對(duì)接精度要求是厘米級(jí)，而目前地面對(duì)38萬公里外的測(cè)控精度是公里級(jí)，加之相較于神舟飛船的交會(huì)對(duì)接，月球軌道每圈有1/3的時(shí)間位于不可測(cè)弧段，所以，人工導(dǎo)引至此結(jié)束，后續(xù)的交會(huì)對(duì)接過程由航天科技集團(tuán)五院502所研制的制導(dǎo)導(dǎo)航與控制（GNC）系統(tǒng)智能自主完成，這一過程被稱為近程自主控制段，這對(duì)GNC系統(tǒng)的自主管理、自主診斷、自主重構(gòu)等方面提出了極高的智能和可靠性要求。

▲嫦娥五號(hào)軌道器和上升器月球軌道交會(huì)對(duì)接模擬圖

在近程自主控制段，由GNC系統(tǒng)指揮，在微波雷達(dá)、激光雷達(dá)、交會(huì)對(duì)接成像敏感器的接力保障下，軌返組合體一步步追上上升器，直到可以牽手的距離，之后雙方保持相同速度飛行。

其中，由航天科技集團(tuán)五院西安分院研制的交會(huì)對(duì)接微波雷達(dá)就是通過捕獲、跟蹤、測(cè)量等一系列的手段為兩個(gè)飛行器的“穿針引線”式的交會(huì)對(duì)接瞄準(zhǔn)“針眼”，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)對(duì)接。同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)軌道器和上升器之間的雙向通信，包括指令等一些信息都要通過器間的雙向通信來實(shí)現(xiàn)。由航天科技集團(tuán)五院502所研制的交會(huì)對(duì)接成像敏感器作為影響交會(huì)對(duì)接任務(wù)成敗的關(guān)鍵單機(jī)，是交會(huì)對(duì)接平移靠攏段從120米到對(duì)接完成唯一能夠同時(shí)進(jìn)行位置和姿態(tài)六自由度測(cè)量的關(guān)鍵單機(jī)，好比飛行器的“眼睛”。

在此次交會(huì)對(duì)接過程中，嫦娥五號(hào)軌返組合體追上升器屬于大星追小星，與我國現(xiàn)已掌握的地球軌道交會(huì)對(duì)接采用的小星追大星、用弱撞擊的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)接不同。因?yàn)槿绻米矒舻姆绞綄?duì)接會(huì)把上升器撞飛，所以，嫦娥五號(hào)采用的是?？丶幼ト〉姆绞剑褪窃谲壍榔髯飞仙仙鞑⒁韵嗤俣蕊w行過程中，從后面 “伸手”牽過上升器之后拉緊，實(shí)現(xiàn)對(duì)接。

▲嫦娥五號(hào)軌道器和上升器月球軌道交會(huì)對(duì)接模擬圖

嫦娥五號(hào)的月球軌道交會(huì)對(duì)接受制于月地返回窗口、熱控、能源等約束，必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成，若時(shí)間太長，則星上能源、熱控將無法支撐；若一次不成功，撤回，重新組織，則地月關(guān)系發(fā)生變化，將有很大風(fēng)險(xiǎn)錯(cuò)過月地返回窗口，因此從保安全的角度說，月球軌道交會(huì)對(duì)接任務(wù)是不可逆的，必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)一次完成。

不僅交會(huì)對(duì)接的過程精巧細(xì)致，交會(huì)對(duì)接的產(chǎn)品設(shè)計(jì)也極為精密。為保證多器之間月球樣品的通暢轉(zhuǎn)移，航天科技集團(tuán)五院總體設(shè)計(jì)部研制團(tuán)隊(duì)對(duì)各分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)精度、裝配精度和制造精度有更嚴(yán)苛的考量。結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)、機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)、對(duì)接機(jī)構(gòu)與樣品轉(zhuǎn)移分系統(tǒng)、采樣封裝分系統(tǒng)的研制團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行指標(biāo)分配時(shí)，保證裝配精度要達(dá)到毫米級(jí)，制造精度要達(dá)到微米級(jí)。

▲月球樣品由嫦娥五號(hào)上升器轉(zhuǎn)移至返回器模擬圖

在樣本容器完成對(duì)接轉(zhuǎn)移后，通過精密的單向止回機(jī)構(gòu)將月球樣品穩(wěn)穩(wěn)地固定在樣品艙內(nèi)，并通過精巧設(shè)計(jì)的“轉(zhuǎn)動(dòng)+平動(dòng)”的操作機(jī)構(gòu)緊緊關(guān)閉艙蓋。其中，樣品艙與艙蓋機(jī)構(gòu)由航天科技集團(tuán)五院總體設(shè)計(jì)部研制，在重量指標(biāo)極其苛刻的前提下，樣品艙蓋能夠滿足多器以及多個(gè)分系統(tǒng)之間的復(fù)雜接口關(guān)系，這一產(chǎn)品看似小巧，實(shí)則肩負(fù)著守住月球樣品最后一步“打包”工作的重任。

12月6日12時(shí)35分，嫦娥五號(hào)軌道器和返回器組合體與上升器成功分離，進(jìn)入環(huán)月等待階段，準(zhǔn)備擇機(jī)返回地球。

▲嫦娥五號(hào)軌返組合體與上升器分離模擬圖