探月工程是國(guó)家重大專項(xiàng)工程，探月三期技術(shù)跨度大、質(zhì)量可靠性要求高，被認(rèn)為是航天第四個(gè)里程碑，舉世矚目。嫦娥五號(hào)軌道器在探月三期任務(wù)中扮演著重要角色，負(fù)責(zé)地球與月球之間的往返。中國(guó)航天科技集團(tuán)八院電子所承擔(dān)了軌道器中的測(cè)控?cái)?shù)傳（含天線）和工程圖像與測(cè)量2個(gè)分系統(tǒng)以及綜合電子分系統(tǒng)中2臺(tái)單機(jī)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(cè)量軌道器在器箭分離過(guò)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(cè)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(cè)距離達(dá)到40萬(wàn)公里，相比近地探測(cè)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(biāo)要求。毫不夸張的說(shuō)，減少1克的重量所付出的代價(jià)遠(yuǎn)比1克黃金還貴重。

工程圖像與測(cè)量分系統(tǒng)肩負(fù)著探測(cè)器太陽(yáng)翼天線展開、各次分離對(duì)接、月球采樣樣品容器轉(zhuǎn)移等過(guò)程的監(jiān)視任務(wù)，任務(wù)“多而繁雜”，要求“可識(shí)又可靠” ，又要實(shí)現(xiàn)“關(guān)鍵事件監(jiān)視備份”。“要達(dá)到這樣的任務(wù)，理論上至少需要13臺(tái)攝像機(jī)才能滿足任務(wù)需求。同時(shí)，為了對(duì)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(hù)措施，如采用大遮光罩等，按傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)，鏡頭、電路板等機(jī)電熱組合而成的一臺(tái)攝像機(jī)，最輕的也要0.5千克左右。” 工程圖像與測(cè)量分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師吳紅松介紹道。

面對(duì)“不可能”實(shí)現(xiàn)的重量要求，分系統(tǒng)從空間、時(shí)間雙維度進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。在空間維度，研制團(tuán)隊(duì)通過(guò)設(shè)計(jì)建模進(jìn)行場(chǎng)景重建，引入三維動(dòng)畫模擬仿真技術(shù)，通過(guò)“安裝位置和視場(chǎng)角度”兩個(gè)參數(shù)的多輪仿真迭代，最終確定了每個(gè)攝像機(jī)最小視場(chǎng)角和最優(yōu)安裝布局，保證單個(gè)攝像機(jī)至少可兼顧二個(gè)手型抱爪機(jī)構(gòu)，且保證其中一個(gè)攝像機(jī)清晰監(jiān)視月球樣品容器轉(zhuǎn)移全過(guò)程。“別小看這一個(gè)位置的確認(rèn)，設(shè)備安裝在梯形對(duì)接艙上，面對(duì)布局受限且安裝面存在高度差的困難，付出了團(tuán)隊(duì)一年的心血。”回憶起那段奮斗的日子副主任設(shè)計(jì)師葉盛還是感慨萬(wàn)千。

在時(shí)間維度上，分系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)逐一對(duì)各項(xiàng)監(jiān)視任務(wù)進(jìn)行分析，采用錯(cuò)峰分時(shí)，開創(chuàng)性地提出了“攝像和壓縮編碼分離”的策略，即一個(gè)圖像編碼器帶三路視頻圖像接入的“一拖三”的單機(jī)設(shè)計(jì)方案。通過(guò)工作模式切換，三個(gè)監(jiān)視任務(wù)分時(shí)實(shí)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(gè)主要活動(dòng)場(chǎng)景的圖像監(jiān)視任務(wù)。通過(guò)壓縮編碼模塊的“重復(fù)”利用，精簡(jiǎn)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(jī)由13臺(tái)降至4臺(tái)，分系統(tǒng)的總質(zhì)量從原來(lái)的6.5千克減重到2.9千克，為整個(gè)探測(cè)器貢獻(xiàn)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(xì)作只為“完美”指標(biāo)

軌道器測(cè)控?cái)?shù)傳分系統(tǒng)從發(fā)射前開機(jī)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(shí)現(xiàn)不同功能。同時(shí)加上太空環(huán)境的惡劣和火箭的有限承載能力，使得測(cè)控?cái)?shù)傳產(chǎn)品的指標(biāo)極其苛刻，唯有“精耕細(xì)作”方能達(dá)到要求。

軌道器測(cè)控?cái)?shù)傳分系統(tǒng)設(shè)計(jì)師苗瑞琴介紹道：“嫦娥五號(hào)數(shù)傳分系統(tǒng)產(chǎn)品功能豐富，不僅具有遙控、遙測(cè)、測(cè)量等基本的測(cè)控功能，還要支持大容量圖像數(shù)據(jù)的下傳。”這對(duì)傳統(tǒng)是一個(gè)顛覆，更是一個(gè)挑戰(zhàn)。苗瑞琴深知前期總體設(shè)計(jì)的重要性，通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外技術(shù)資料，對(duì)設(shè)計(jì)方案反復(fù)進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證和性能優(yōu)化，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)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(jué)充滿了力量，因?yàn)槲覀冎离x成功又近了一步。”苗瑞琴回憶道，最終，團(tuán)隊(duì)提出了針對(duì)不同飛行階段下的多模式工作方案，成功地解決了近地、遠(yuǎn)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(xiàng)功能。

完美的方案需要完美的產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)。在有限的資源條件下，遙遠(yuǎn)的距離需要測(cè)控產(chǎn)品具有極高的接收靈敏度。作為測(cè)控分系統(tǒng)的前端產(chǎn)品——應(yīng)答機(jī)，不僅要滿足高靈敏度、高動(dòng)態(tài)接收要求，還面臨變速率信號(hào)在X頻段調(diào)制發(fā)射等眾多技術(shù)難點(diǎn)。應(yīng)答機(jī)主管設(shè)計(jì)師王文偉不畏艱難，虛心請(qǐng)教各位專家，攻克了所有技術(shù)難點(diǎn)，產(chǎn)品體積、重量、功耗等關(guān)鍵指標(biāo)遙遙領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品，與常規(guī)的低軌衛(wèi)星測(cè)控產(chǎn)品相比，靈敏度提高了100倍。同時(shí)，應(yīng)答機(jī)還將傳統(tǒng)的測(cè)控通信和數(shù)據(jù)傳輸功能整合在一臺(tái)產(chǎn)品中，相當(dāng)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

作者：史博臻、韓燦鋒、孫晨

圖：中國(guó)航天科技集團(tuán)八院