探月工程是国家重大专项工程，探月三期技术跨度大、质量可靠性要求高，被认为是航天第四个里程碑，举世瞩目。嫦娥五号轨道器在探月三期任务中扮演着重要角色，负责地球与月球之间的往返。中国航天科技集团八院电子所承担了轨道器中的测控数传（含天线）和工程图像与测量2个分系统以及综合电子分系统中2台单机的研制任务。
电子所的产品架起了轨道器在地月之间的桥梁，获取轨道器关键任务环节中的图像，测量轨道器在器箭分离过程中关键部位力学特性参数，传递轨道器和地面站之间的信息，确保探测任务圆满完成，并为后续工作提供相应的“参考”。
减重3.6千克：每克重量比黄金还贵
月球探测距离达到40万公里，相比近地探测通信距离增加了十倍多，要完成携带月壤采集样本返回的功能，且火箭的承载能力有限，飞行器的“重量“就成了非常关键的性能指标要求。毫不夸张的说，减少1克的重量所付出的代价远比1克黄金还贵重。
工程图像与测量分系统肩负着探测器太阳翼天线展开、各次分离对接、月球采样样品容器转移等过程的监视任务，任务“多而繁杂”，要求“可识又可靠” ，又要实现“关键事件监视备份”。“要达到这样的任务，理论上至少需要13台摄像机才能满足任务需求。同时，为了对抗空间舱外恶劣环境及光照环境，必须采取合理有效的防护措施，如采用大遮光罩等，按传统的设计，镜头、电路板等机电热组合而成的一台摄像机，最轻的也要0.5千克左右。” 工程图像与测量分系统主任设计师吴红松介绍道。
面对“不可能”实现的重量要求，分系统从空间、时间双维度进行创新设计。在空间维度，研制团队通过设计建模进行场景重建，引入三维动画模拟仿真技术，通过“安装位置和视场角度”两个参数的多轮仿真迭代，最终确定了每个摄像机最小视场角和最优安装布局，保证单个摄像机至少可兼顾二个手型抱爪机构，且保证其中一个摄像机清晰监视月球样品容器转移全过程。“别小看这一个位置的确认，设备安装在梯形对接舱上，面对布局受限且安装面存在高度差的困难，付出了团队一年的心血。”回忆起那段奋斗的日子副主任设计师叶盛还是感慨万千。
在时间维度上，分系统团队逐一对各项监视任务进行分析，采用错峰分时，开创性地提出了“摄像和压缩编码分离”的策略，即一个图像编码器带三路视频图像接入的“一拖三”的单机设计方案。通过工作模式切换，三个监视任务分时实施高清图像编码压缩功能，不仅可传输视频图像还能拍摄高清晰度照片，完成三个主要活动场景的图像监视任务。通过压缩编码模块的“重复”利用，精简硬件电路，在满足分系统任务需求的前提下，最终分系统配套的摄像机由13台降至4台，分系统的总质量从原来的6.5千克减重到2.9千克，为整个探测器贡献了比黄金还贵重的3.6千克重量。
节约一整套设备：精工细作只为“完美”指标
轨道器测控数传分系统从发射前开机到轨道任务完成一直保持工作，前后20多天，还需根据飞行距离切换不同模式、实现不同功能。同时加上太空环境的恶劣和火箭的有限承载能力，使得测控数传产品的指标极其苛刻，唯有“精耕细作”方能达到要求。
轨道器测控数传分系统设计师苗瑞琴介绍道：“嫦娥五号数传分系统产品功能丰富，不仅具有遥控、遥测、测量等基本的测控功能，还要支持大容量图像数据的下传。”这对传统是一个颠覆，更是一个挑战。苗瑞琴深知前期总体设计的重要性，通过查阅国内外技术资料，对设计方案反复进行测试验证和性能优化，带领团队经过了十多轮方案迭代，“每一次失败，都如跌入低谷，但看着深夜的星空，我们又感觉充满了力量，因为我们知道离成功又近了一步。”苗瑞琴回忆道，最终，团队提出了针对不同飞行阶段下的多模式工作方案，成功地解决了近地、远地、环月飞行环境多样性难题，“完美”地完成了上述要求的各项功能。
完美的方案需要完美的产品来实现。在有限的资源条件下，遥远的距离需要测控产品具有极高的接收灵敏度。作为测控分系统的前端产品——应答机，不仅要满足高灵敏度、高动态接收要求，还面临变速率信号在X频段调制发射等众多技术难点。应答机主管设计师王文伟不畏艰难，虚心请教各位专家，攻克了所有技术难点，产品体积、重量、功耗等关键指标遥遥领先于国内同类产品，与常规的低轨卫星测控产品相比，灵敏度提高了100倍。同时，应答机还将传统的测控通信和数据传输功能整合在一台产品中，相当于节约了一整套数传设备，与同功能的系统相比，减重约10多公斤，节省功耗约55瓦，为整器节约了宝贵的资源，也为后期产品研制奠定了坚实的基础。
作者：史博臻、韩灿锋、孙晨
图：中国航天科技集团八院
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