2020年12月1日，在經歷了為期一周的地月轉移、近月制動、環月飛行之旅后，由航天科技集團五院抓總研制的嫦娥五號探測器成功在月球正面預選著陸區著陸，并傳回著陸影像圖，成為我國第三個成功實施月面軟著陸的探測器。歷經主動減速、快速調整、接近、懸停避障、緩速下降和自由下落段，嫦娥五號探測器著陸器和上升器組合體穩穩落在月面上，看似輕盈輕松，卻蘊藏著航天科技集團五院的眾多智慧和積淀。
自主控制精準落
嫦娥五號任務的落月和近月制動一樣，都是只有一次機會，必須一次成功。由于涉及采樣后上升器的月面起飛，所以，嫦娥五號落月的過程也是為后續上升器月面起飛選擇“發射場”的過程。相較于嫦娥三號、四號，嫦娥五號對于著陸點的位置精度和平整度方面的高要求是空前的，需要一個著陸區域內無太高的凸起、無太深的凹坑，坡度要符合任務要求。這一過程堪比15分鐘內、約600公里外的全程自主的邊飛行邊尋找落點的定點跳傘。
為了實現“選址正確，落得準確”，嫦娥五號采用了在嫦娥三號、嫦娥四號上應用的“粗精接力避障”方式，即在航天科技集團五院502所的制導導航與控制（GNC）系統的指揮下，著陸上升組合體先是大推力反向制動快速減速，然后快速調整姿態并對預定落區地形進行拍照識別，避開大的障礙，實現“粗避障”，然后組合體在飛到距離月面100米時懸停，并再次對選定區域進行精確拍照，實現“精避障”，之后再斜向下落向選定的著陸點，在移動到著陸點正上方之后開始豎直下降，到距離月面較近時關閉發動機，然后利用著陸腿的緩沖實現軟著陸。
著陸緩沖機構顯身手
落月的關鍵在于平穩二字。嫦娥五號著陸上升組合體在落月時，撞擊月面會形成較大的沖擊載荷，必須設計相應的著陸緩沖系統，吸收著陸的沖擊載荷，保證探測器不翻倒、不陷落，這是落月的技術難題之一。著陸緩沖機構，通俗地說就是嫦娥五號的“腿”。
這四條緩沖、支撐一體化的“腿”可不一般，它們來自于航天科技集團五院總體設計部團隊精心設計、巧手研制，更來源于嫦娥三號、嫦娥四號的完美基因。著陸緩沖機構具有完全自主知識產權的“偏置收攏、自我壓緊”式方案，保證了收攏簡單、展開可靠，解決了著陸緩沖、著陸穩定性等多方面的問題。
與嫦娥三號的著陸緩沖設計方案相比，由于任務難度增加，嫦娥五號任務的著陸緩沖能力要求提高了30%，但機構重量指標卻減少了5%。這為總體設計部的團隊成員帶來了不小的難題。面臨減重的難關，研制團隊反復迭代，每次修改完設計，討論時一旦發現新的減重突破口，又毫不猶豫地再次推翻設計、繼續修改，最終成功滿足了設計指標，確保了嫦娥五號穩定可靠地完成與月球的親密擁抱。
經濟的“外腦”“外眼”設計
其實在嫦娥五號的落月過程中還有兩個精妙的設計是外人所不知道的，一是雖然表面上看是著陸器“背著”上升器軟著陸到了月面上，但實際上整個落月的過程著陸器GNC系統的工作和智能自主的指揮過程都是借助了“外腦”和“外眼”的，這個“外腦”和“外眼”分別就是上升器月面起飛時要用的“最強大腦”中央控制計算機和通過“看星星”確定自己姿態的星敏感器，這是設計人員根據“上升器全程陪同著陸器”的實際想出的妙招，既節約了成本又減輕了重量。二是主發動機距離月面較近時會激起月塵污染上升器的星敏感器，從而影響上升器月面起飛，所以研制人員專門設計了蓋子，在距離月面一定的高度時把星敏感器的鏡頭蓋起來，稱之為“天黑請閉眼”，待落月之后月塵散去再通知星敏感器把蓋子打開，這一睜一閉之間，著陸上升組合體已經順利著陸在月亮之上了。
▲星敏感器蓋子模擬圖
定向天線“一線牽”
落月牽動著國人的心。38萬公里外的嫦娥五號正經歷著什么樣的考驗？所有的訊息，都需通過著陸上升組合體的一口小小的“鍋”來時時傳送遙測數據。這個“小鍋”就是定向天線——把探測器上的數據傳輸到地面的發射轉換裝置。
從月球把數據發送回地球，通信的距離相比地面手機通信，遠了幾萬倍，這就需要采取特殊的對地定向天線來發送數據。航天科技集團五院總體設計部設計的定向天線包含了反射面天線輻射器、雙軸驅動機構。雙軸驅動機構就像人的肩關節、肘關節，驅動反射天線輻射器靈活地轉動，確保“小鍋”始終對準地面。為了使整器減重，此款反射面天線極致輕量化設計，相比同類天線減重40%以上，既輕便又可靠。
嫦娥五號探測器成功著陸后，著陸器在地面控制下，將正式開始持續約2天的月面工作。
