#月球上的土有啥用# 历经19天多的太空工作，嫦娥五号携带来自风暴洋吕姆克山的2千克月壤返回地面。这是1976年苏联月球24号带回100多克月球样本以来，人类再一次得到来自月球的“土”。
月球上的土，一般称之为“月壤”，是一种粉末状的岩石，主要由月球岩石碎屑、粉末、角砾、撞击熔融玻璃物质组成，其中绝大部分颗粒在30微米到1毫米之间，摸上去和面粉差不多。
科学家可以通过研究月球土壤的组成部分，来获得原始月球的物质组成、外来物质、形成时间等重要信息。此外，月球土壤还可以帮助了解早期太阳活动情况，从而为了解地球早期经历的地质过程提供参考。
之前有发现月球氧离子来自早期地球大气层, 嵌入月球表面松散的土壤和岩石并被保存数十亿年。这一科学发现使那些研究地球早期生命形式的科学家兴奋不已, 因为若能收集和分析保存地球氧离子的月球因为若能收集和分析保存地球氧离子的月球土壤样本, 将有助于探究早期地球大气层的演变。月球可能还保存早期地球其他的演化信息, 哥伦比亚大学的一位太空生物学家认为, 月球是个保存大量早期地球物质的“宝库”。其表面可能存有来自地球陨石的有机体化石。
月球上的土，一般称之为“月壤”，是一种粉末状的岩石，主要由月球岩石碎屑、粉末、角砾、撞击熔融玻璃物质组成，其中绝大部分颗粒在30微米到1毫米之间，摸上去和面粉差不多。
科学家可以通过研究月球土壤的组成部分，来获得原始月球的物质组成、外来物质、形成时间等重要信息。此外，月球土壤还可以帮助了解早期太阳活动情况，从而为了解地球早期经历的地质过程提供参考。
之前有发现月球氧离子来自早期地球大气层, 嵌入月球表面松散的土壤和岩石并被保存数十亿年。这一科学发现使那些研究地球早期生命形式的科学家兴奋不已, 因为若能收集和分析保存地球氧离子的月球因为若能收集和分析保存地球氧离子的月球土壤样本, 将有助于探究早期地球大气层的演变。月球可能还保存早期地球其他的演化信息, 哥伦比亚大学的一位太空生物学家认为, 月球是个保存大量早期地球物质的“宝库”。其表面可能存有来自地球陨石的有机体化石。
【最小灵长类揭示数千万年视觉进化】灵长类动物在眼前便能处理视觉信息，这有点类似于数码相机处理像素。为了理解人类视觉能力的起源，瑞士日内瓦大学科学家，联合德国马普学会和法国国家自然历史博物馆等机构合作者，调查了这些计算单位能否跨越灵长类动物之间巨大的尺寸差异。
研究人员比较了鼠狐猴和其他灵长类动物的视觉系统，发现这些视觉处理单元的大小在所有灵长类动物中是相同的，与它们的体型无关。相关论文近日刊登于《当代生物学》。传送门：https://t.cn/A6qAi46z
“所有灵长类动物在视觉系统中共享相同大小和组织的处理模块，这表明这些模块很可能出现在早期和某个特定的时刻（破坏性创新），而不非随着时间的推移而逐渐进化。”该研究通讯作者、日内瓦大学基础神经科学系教授Daniel Huber在接受《中国科学报》采访时表示。
图1：大脑样本对比图
▲ 最小灵长类动物
视觉在演化史上是一个重要主题，但是除了节肢动物化石中钙化的晶状体以外，视觉系统中的其他部分通常很难在化石记录中保存下来，因为眼睛和大脑的软组织在死亡后分解得很快。
之前，英国布里斯托大学科研人员提出了一条时间线，指出所有动物群的一个拥有视蛋白的共同祖先出现在大约7亿年前。不过，最初这种视蛋白被认为是“盲”的，然而在接下来的千万年里，视蛋白经历了关键的遗传变化，有了探测光的能力。
随着演化，生命越来越复杂的同时，视觉系统也在不断发展。为了更好地观察周围的世界，灵长类动物使用复杂的眼球运动集中视觉；鸟类、昆虫和啮齿类动物则通过移动头部来做同样的事情。
一个多世纪以来，人们对灵长类动物的视觉系统进行了深入研究。这些研究发现，与啮齿类动物等其他哺乳动物不同，视觉信息是由位于视觉皮质的专用小型计算单元处理的。
由于不同灵长类物种有不同的体型，人们不禁想知道这个基本的计算单元是否随着身体亦或是大脑的大小而变化。例如，在灰鼠狐猴身上，它是简化了还是缩小了呢?
来自马达加斯加的灰鼠狐猴最小灵长类动物的一种，体重仅为60克。鼠狐猴是一种非常特殊的物种，和最早进化于5500万年前的灵长类动物有很多相同的特征。
“我们选择鼠狐猴有两个原因。首先，它是世界上最小的灵长类动物之一，因此，如果大脑回路的小型化或简化发生在体型更小的物种中，那应该在鼠狐猴的大脑中十分明显。”Huber说，“其次，鼠狐猴被认为是早期灵长类动物的‘典范’，因为它与我们最早的祖先有许多共同的特征，例如小体型、栖息地、食物来源和树栖生活方式等。”
▲ 不要介意大小
为了弄清视觉和体型的关系，研究人员使用光学脑成像技术研究了鼠狐猴的视觉系统。研究人员将代表不同方向的几何图形呈现给鼠狐猴，并将神经元对视觉刺激做出反应的活动进行了成像。
经过反复测量，研究人员能够确定处理表单信息的最小单元的大小。“我们期望看到一个微小的单位，与鼠狐猴的小体型成比例，但我们的数据显示，它们的测量直径超过0.5毫米。”Huber说。
在与马普学会研究人员的合作中，Huber将鼠狐猴大脑中的数百个单元图像与其他更大的灵长类动物视觉回路的数据进行了比较。研究小组有了一个惊人的发现：60克的鼠狐猴、7公斤的猕猴，甚至更大的灵长类动物（如人类），这些视觉处理基本单元大小几乎相同。
研究人员表示，结果表明，从最大的到最小的灵长类动物，视觉系统的基本模块都没有发生微型化演变。这表明，人们的视觉系统得到了令人难以置信的保存，并揭示了视觉在从远古祖先到现在人类的日常生活中的重要性。
此外，这些视觉处理单元在大脑中的排列方式是完全相同的，遵循着同样的数学规则。研究人员还发现，到目前为止，所有被研究的灵长类动物的每个视觉单元的神经细胞数量几乎是相同的。
十年前，马普学会动力学和自组织研究所物理学家Fred Wolf就曾指出，视觉系统的进化可能会受到普遍数学原理的支配，但他至今仍对这种不变性感到惊讶。他告诉记者：“5500万年的大陆分离带来了一个非常漫长的进化过程。我本以为在这些神经模块中，物种之间会有一些共性和特征差异。但事实是，几乎不可能把它们区分开来。”
▲ 视觉回路是“超人”
“对抗住”数千万年的演化、不惧宿主体型大小，也许灵长类动物拥有的视觉回路比之前人们想象得要强大得多。这些强大且没有出现压缩的回路堪比“超人”。
研究人员表示，这些结果为了解灵长类视觉的起源提供了深刻的见解。首先，这些视觉处理单元被保存得如此完好，说明其很可能在灵长类历史的早期就已经进化，这表明在视觉的形成方面，我们的灵长类祖先从一开始就拥有与我们相似的视觉能力。
另外值得注意的是，这部分视觉系统不能被压缩或缩小。因此，“看”这一过程似乎需要一定数量的神经元来确保其最佳功能。
因此，研究人员表示，对于视力极佳的小型灵长类物种来说，比如鼠狐猴，视觉系统相对于它们整个大脑的大小来说必须相对较大，才能容纳足够数量的视觉处理单元。事实上，鼠狐猴超过1/5的大脑皮层用于视觉处理。相比之下，与视觉相关的神经回路仅占人脑的3%。
当然，这并不意味着灵长类的整个视觉系统都是一成不变的。之前，一项研究对波多黎各圣地亚哥岛80多只不同恒河猴食用30种树上的果实进行了2万多次单独观察。研究人员发现，一些灵长类动物的眼睛拥有3个不同种类的光敏视锥细胞，而不是两个。拥有三色彩感觉的雌猴比拥有两色彩感觉的雌猴能更快地找到果子。而灵长类动物产生这种三色彩感觉是因为它让人类的早期祖先能更容易地看到绿色森林海洋中色彩鲜艳的成熟果实。
另一方面，除了揭秘视觉的数千万年进化，这项研究还强调了保护鼠狐猴等灵长类动物栖息地的重要性，尤其是在马达加斯加的森林中。“这些栖息地正在以惊人的速度消失，同时也带走了了解人类起源的宝贵钥匙。”Huber说。
https://t.cn/A6qAi46P
研究人员比较了鼠狐猴和其他灵长类动物的视觉系统，发现这些视觉处理单元的大小在所有灵长类动物中是相同的，与它们的体型无关。相关论文近日刊登于《当代生物学》。传送门：https://t.cn/A6qAi46z
“所有灵长类动物在视觉系统中共享相同大小和组织的处理模块，这表明这些模块很可能出现在早期和某个特定的时刻（破坏性创新），而不非随着时间的推移而逐渐进化。”该研究通讯作者、日内瓦大学基础神经科学系教授Daniel Huber在接受《中国科学报》采访时表示。
图1：大脑样本对比图
▲ 最小灵长类动物
视觉在演化史上是一个重要主题，但是除了节肢动物化石中钙化的晶状体以外，视觉系统中的其他部分通常很难在化石记录中保存下来，因为眼睛和大脑的软组织在死亡后分解得很快。
之前，英国布里斯托大学科研人员提出了一条时间线，指出所有动物群的一个拥有视蛋白的共同祖先出现在大约7亿年前。不过，最初这种视蛋白被认为是“盲”的，然而在接下来的千万年里，视蛋白经历了关键的遗传变化，有了探测光的能力。
随着演化，生命越来越复杂的同时，视觉系统也在不断发展。为了更好地观察周围的世界，灵长类动物使用复杂的眼球运动集中视觉；鸟类、昆虫和啮齿类动物则通过移动头部来做同样的事情。
一个多世纪以来，人们对灵长类动物的视觉系统进行了深入研究。这些研究发现，与啮齿类动物等其他哺乳动物不同，视觉信息是由位于视觉皮质的专用小型计算单元处理的。
由于不同灵长类物种有不同的体型，人们不禁想知道这个基本的计算单元是否随着身体亦或是大脑的大小而变化。例如，在灰鼠狐猴身上，它是简化了还是缩小了呢?
来自马达加斯加的灰鼠狐猴最小灵长类动物的一种，体重仅为60克。鼠狐猴是一种非常特殊的物种，和最早进化于5500万年前的灵长类动物有很多相同的特征。
“我们选择鼠狐猴有两个原因。首先，它是世界上最小的灵长类动物之一，因此，如果大脑回路的小型化或简化发生在体型更小的物种中，那应该在鼠狐猴的大脑中十分明显。”Huber说，“其次，鼠狐猴被认为是早期灵长类动物的‘典范’，因为它与我们最早的祖先有许多共同的特征，例如小体型、栖息地、食物来源和树栖生活方式等。”
▲ 不要介意大小
为了弄清视觉和体型的关系，研究人员使用光学脑成像技术研究了鼠狐猴的视觉系统。研究人员将代表不同方向的几何图形呈现给鼠狐猴，并将神经元对视觉刺激做出反应的活动进行了成像。
经过反复测量，研究人员能够确定处理表单信息的最小单元的大小。“我们期望看到一个微小的单位，与鼠狐猴的小体型成比例，但我们的数据显示，它们的测量直径超过0.5毫米。”Huber说。
在与马普学会研究人员的合作中，Huber将鼠狐猴大脑中的数百个单元图像与其他更大的灵长类动物视觉回路的数据进行了比较。研究小组有了一个惊人的发现：60克的鼠狐猴、7公斤的猕猴，甚至更大的灵长类动物（如人类），这些视觉处理基本单元大小几乎相同。
研究人员表示，结果表明，从最大的到最小的灵长类动物，视觉系统的基本模块都没有发生微型化演变。这表明，人们的视觉系统得到了令人难以置信的保存，并揭示了视觉在从远古祖先到现在人类的日常生活中的重要性。
此外，这些视觉处理单元在大脑中的排列方式是完全相同的，遵循着同样的数学规则。研究人员还发现，到目前为止，所有被研究的灵长类动物的每个视觉单元的神经细胞数量几乎是相同的。
十年前，马普学会动力学和自组织研究所物理学家Fred Wolf就曾指出，视觉系统的进化可能会受到普遍数学原理的支配，但他至今仍对这种不变性感到惊讶。他告诉记者：“5500万年的大陆分离带来了一个非常漫长的进化过程。我本以为在这些神经模块中，物种之间会有一些共性和特征差异。但事实是，几乎不可能把它们区分开来。”
▲ 视觉回路是“超人”
“对抗住”数千万年的演化、不惧宿主体型大小，也许灵长类动物拥有的视觉回路比之前人们想象得要强大得多。这些强大且没有出现压缩的回路堪比“超人”。
研究人员表示，这些结果为了解灵长类视觉的起源提供了深刻的见解。首先，这些视觉处理单元被保存得如此完好，说明其很可能在灵长类历史的早期就已经进化，这表明在视觉的形成方面，我们的灵长类祖先从一开始就拥有与我们相似的视觉能力。
另外值得注意的是，这部分视觉系统不能被压缩或缩小。因此，“看”这一过程似乎需要一定数量的神经元来确保其最佳功能。
因此，研究人员表示，对于视力极佳的小型灵长类物种来说，比如鼠狐猴，视觉系统相对于它们整个大脑的大小来说必须相对较大，才能容纳足够数量的视觉处理单元。事实上，鼠狐猴超过1/5的大脑皮层用于视觉处理。相比之下，与视觉相关的神经回路仅占人脑的3%。
当然，这并不意味着灵长类的整个视觉系统都是一成不变的。之前，一项研究对波多黎各圣地亚哥岛80多只不同恒河猴食用30种树上的果实进行了2万多次单独观察。研究人员发现，一些灵长类动物的眼睛拥有3个不同种类的光敏视锥细胞，而不是两个。拥有三色彩感觉的雌猴比拥有两色彩感觉的雌猴能更快地找到果子。而灵长类动物产生这种三色彩感觉是因为它让人类的早期祖先能更容易地看到绿色森林海洋中色彩鲜艳的成熟果实。
另一方面，除了揭秘视觉的数千万年进化，这项研究还强调了保护鼠狐猴等灵长类动物栖息地的重要性，尤其是在马达加斯加的森林中。“这些栖息地正在以惊人的速度消失，同时也带走了了解人类起源的宝贵钥匙。”Huber说。
https://t.cn/A6qAi46P
月球上空，中国黑科技厉害了
月球轨道对接技术是嫦娥五号任务中“四大关键技术”之一，更是中国首次、乃至人类首次的技术创新。
从国家航天局获悉，6日清晨，嫦娥五号任务的上升器与轨道器返回器组合体在环月轨道成功进行了交会对接。这一“太空之吻”的成功意味着，继地外天体的采样与封装、地外天体的起飞之后，嫦娥五号实现了中国航天的又一个首次——月球轨道交会对接。环球时报-环球网记者从嫦娥五号交会对接核心设备——交会对接微波雷达研制单位中国航天科工二院25所了解到，该微波雷达作为中远距离测量的唯一手段，成功引导中国首次月球轨道无人交会对接。该对接技术是嫦娥五号任务中“四大关键技术”之一，更是中国首次、乃至人类首次的技术创新。
中国首次月球轨道无人交会对接模拟动画。（中国航天科工集团提供）
比神舟飞船载人对接难度更大
据研制单位介绍，执行本次对接任务的微波雷达是一组成对产品，由雷达主机和应答机组成，分别安装在嫦娥五号探测器的轨道器和上升器上。当轨道器、上升器相距约100公里时，微波雷达开始工作，不断为导航控制分系统提供两航天器之间的相对运动参数，并进行双向空空通信，两航天器根据雷达提供信号调整飞行姿态，直至轨道器上的对接机构捕获、锁定上升器。随后，上升器中的月壤样品和容器转移。
图轨道器逐渐接近上升器 图片来源：国家航天局
交会对接微波雷达总工程师孙武介绍，此前的载人航天工程任务中，我国航天器在近地轨道进行过多次交会对接，都应用了中国航天科工二院25所研制的微波雷达，五战五捷的表现足以证明，我国已经成功掌握交会对接技术。但不同的是，这次是在距离38万公里之外的月球轨道，难度更大。
“与近地轨道相比，月球轨道没有卫星导航等服务资源，微波通信是中远距离的唯一手段。月轨环境更复杂，要克服月球引力影响，所以自动交会对接对微波雷达提出的要求极为苛刻。为此，研制单位攻克了相位干涉仪测角、大宽角度测量等关键技术。”孙武重点介绍了微波雷达产品应对月球轨道环境的新挑战。
因嫦娥五号的轨道器和上升器交会对接，是体量相差巨大的“大追小”复杂受力过程，采用了抱爪式的弱撞击对接机构。对接要体现“手拉手”。这样一来，需要微波雷达的测角精度更高。
图 轨道器与上升器完成交会对接 图片来源：国家航天局
微波雷达项目的主任设计师贺中琴介绍说，微波雷达主要作用在100公里到20米的中远程范围，精度的提高使两个航天器在距离20米时，上升器对接机构抱爪的锁定圆面的半径缩小了几厘米。这几个厘米，大幅提升了精准对接的胜算。此外，装有对接用应答机的上升器在落月时难免形成扬尘，这些肉眼不可见的干扰将会严重降低测角精度。
为确保安全度过月球之旅，设计人员在应答机上安装了特殊材料的防尘罩，“就像给‘千里眼’戴上了‘护目镜’，‘嫦娥’的这双‘千里眼’，就不会变成‘近视眼’，甚至‘全盲’了。”设计师纪博已经是第二次参与交会对接任务，说起自己的产品，她自豪与兴奋地打起了比方。
微波雷达不仅更可靠还能在轨“打电话”
据孙武介绍，“我们为这次交会对接打造的，不仅是‘千里眼’，还是‘顺风耳’，升级后的它更小巧、更强大、更可靠。”
微波雷达在保证交会对接测量“本职工作”的同时，升级了航天器之间双向空空通信的“第二职业”，从雷达与应答机之间“一问一答”的传输方式，升级至轨道器与上升器之间的“沟通对话”，实现了遥控指令和遥测参数的双向传输。
“以前就像老师上课点名，雷达发消息，应答机答‘到’。而现在它们不仅自己要通话，还要负责上升器和轨道器之间的信息传递。”贺中琴说。
同时，在此前“天舟”、“天宫”交会对接微波雷达已经实现减重一半的基础上，这次再进一步开展了轻量化的改进，将产品重量又减轻了数公斤。
“哪怕一克的重量减轻，对月壤采样任务的意义，都是巨大的。”孙武表示。
据研制单位介绍，对接微波雷达在月球轨道的完美表现见证了我国首次在地外天体实现无人交会对接技术。孙武表示，“我们已整装待发，向月球进发！向更遥远的深空进发！向更广阔的领域进发！”
番外
2吨多的小胖子如何“追上”小姑娘，手把手教你操作秘籍
12月3日晚，嫦娥五号上升器顺利完成点火起飞，成功携带样品进入到预定的环月轨道，这是我国首次实现地外天体起飞。嫦娥五号上升器与环月等待的轨返组合体完成交会对接动作，将月球样品顺利转移到返回器中。
在环月轨道中运行的轨返组合体重达2.3吨左右，怎样顺利和体重仅有400公斤左右的上升器“牵手”成功？来看看嫦娥五号探测器的专属秘籍！
一、最紧要的是耐心——等待
12月1日，嫦娥五号着上组合体与轨返组合体分离，顺利落月，开展“挖土”和封装工作。与此同时，轨返组合体则在环月轨道上继续飞行，安静、耐心地等待与装载月壤的上升器再次见面。重达2.3吨的小胖子——轨返组合体一边数着星星，一边算着与上升器再次见面的日子，在两天时间内完成4次调相控制，在距离月表200X200公里的圆形轨道上哼哧哼哧地完成长跑。胖小伙很有耐心，在与上升器再次见面前做好最充分的准备，力争以最帅气的姿态等待上升器的到来。
二、最巧妙的是沟通——灵犀
体重有800公斤左右的小姑娘——上升器在上升过程中成功“瘦身”到400公斤左右，以更苗条的身姿冲入15X180公里的环月椭圆轨道，通过与轨返组合体之间巧妙的沟通方式——远程导引，进行四次轨道控制，进入到210X210公里的环月圆轨道上，在预定的交班点停留在轨返组合体的前方50公里处。在进入到交班点后的4个小时，轨返组合体就开始用更加亲近的沟通的方式——近程导引与上升器进行沟通，双方通过自己携带的敏感器，即微波雷达互换信息，轨返组合体开始主动向上升器靠近。
三、最需要的是心态——冷静
小胖子看到心仪的对象出现时有些激动，但仍竭力让自己冷静下来，分步骤，分阶段地向上升器靠拢。轨返组合体为自己设置了四个停泊点，分别来观察自己与上升器的姿态和状态，是否一切是按照预期方案进行，50公里、5公里、1公里、100米，每一次停泊观察都是对最终靠近时间和地点的精确把握。越到最后，轨返组合体反而更加冷静，飞快进行精准计算和调整。
四、最重要的是积累——实力
小胖子能够有如今冷静精准地判断，来源于五院研制团队对交会对接任务的深厚功力积累。在中国的太空探索历程中，近地轨道交会对接技术正在快速地进步着。
2012年6月，神舟九号与天宫一号对接成功，标志着我国首次载人交会对接任务的成功，2013年6月，神舟十号与天宫一号顺利进行了一次自动交会对接和一次航天员手控交会对接……这些都标志着我国近地轨道交会对接技术的成熟。
飞船是在近地轨道上完成与空间站的交会对接，通信距离相对较近，并且能够得到导航卫星的定位帮助，地面控制的精度更高。而此次嫦娥五号轨返组合体要在距离地球38万公里的环月轨道上追逐上升器，这就对控制系统提出了更高的要求，轨道返回组合体要能够适应更大的偏差，在没有任何干预的情况下全自主地做出向心仪对象靠近的各个决策，这不仅是国内首次，更是国际首次。
五、最牢靠的是细节——细致
载人飞船与空间站交会对接是在近地轨道上采用撞击式的方法完成，此次小胖子却要采用更加浪漫的方式，与上升器“牵手”对接。轨返组合体身上安装了3个对接机构主动件，又称为“抱爪”，在运动过程中完全贴近上升器，主动用“抱爪”紧扣上升器身上的对接机构被动件，将上升器拉入怀中，完成这次亲密的“抱紧式”交会对接。轨返组合体重达2.3吨，在运行过程中稍有不慎就会将身姿轻盈的上升器撞飞，这需要小胖子对于速度、位置都有极为细致的把握，对微重力环境、热环境等有极为细心的考虑，用极高的控制精度来保证任务的圆满完成。
不仅交会对接的过程精巧细致，交会对接的产品设计也极为精密。在多器之间月球样品的通畅转移，对各分系统的设计精度、装配精度和制造精度提出了更高的要求，在进行指标分配时，装配精度要达到毫米级，制造精度要达到微米级。总体设计部研制团队要攻克装配环节多、精度测量难、精度调整要求高等难关，以保证产品总体偏差满足要求。
仅以样品舱的舱盖为例，产品经历了总体设计部机构分系统团队的8年打磨，在重量指标极其苛刻的前提下，样品舱盖能够满足多器以及多个分系统之间的复杂接口关系，在样本容器完成对接转移后，通过精密的单向止回机构将月球样品稳稳地固定在样品舱内，堪称嫦娥五号探测器的“终极藏宝箱”。
2吨多胖小伙追上心仪小姑娘的操作秘籍已经手把手教你操作，后续就一起期待嫦娥五号探测器携带月球土特产重新迎入地球的怀抱吧！
https://t.cn/A6qZ2b4o
月球轨道对接技术是嫦娥五号任务中“四大关键技术”之一，更是中国首次、乃至人类首次的技术创新。
从国家航天局获悉，6日清晨，嫦娥五号任务的上升器与轨道器返回器组合体在环月轨道成功进行了交会对接。这一“太空之吻”的成功意味着，继地外天体的采样与封装、地外天体的起飞之后，嫦娥五号实现了中国航天的又一个首次——月球轨道交会对接。环球时报-环球网记者从嫦娥五号交会对接核心设备——交会对接微波雷达研制单位中国航天科工二院25所了解到，该微波雷达作为中远距离测量的唯一手段，成功引导中国首次月球轨道无人交会对接。该对接技术是嫦娥五号任务中“四大关键技术”之一，更是中国首次、乃至人类首次的技术创新。
中国首次月球轨道无人交会对接模拟动画。（中国航天科工集团提供）
比神舟飞船载人对接难度更大
据研制单位介绍，执行本次对接任务的微波雷达是一组成对产品，由雷达主机和应答机组成，分别安装在嫦娥五号探测器的轨道器和上升器上。当轨道器、上升器相距约100公里时，微波雷达开始工作，不断为导航控制分系统提供两航天器之间的相对运动参数，并进行双向空空通信，两航天器根据雷达提供信号调整飞行姿态，直至轨道器上的对接机构捕获、锁定上升器。随后，上升器中的月壤样品和容器转移。
图轨道器逐渐接近上升器 图片来源：国家航天局
交会对接微波雷达总工程师孙武介绍，此前的载人航天工程任务中，我国航天器在近地轨道进行过多次交会对接，都应用了中国航天科工二院25所研制的微波雷达，五战五捷的表现足以证明，我国已经成功掌握交会对接技术。但不同的是，这次是在距离38万公里之外的月球轨道，难度更大。
“与近地轨道相比，月球轨道没有卫星导航等服务资源，微波通信是中远距离的唯一手段。月轨环境更复杂，要克服月球引力影响，所以自动交会对接对微波雷达提出的要求极为苛刻。为此，研制单位攻克了相位干涉仪测角、大宽角度测量等关键技术。”孙武重点介绍了微波雷达产品应对月球轨道环境的新挑战。
因嫦娥五号的轨道器和上升器交会对接，是体量相差巨大的“大追小”复杂受力过程，采用了抱爪式的弱撞击对接机构。对接要体现“手拉手”。这样一来，需要微波雷达的测角精度更高。
图 轨道器与上升器完成交会对接 图片来源：国家航天局
微波雷达项目的主任设计师贺中琴介绍说，微波雷达主要作用在100公里到20米的中远程范围，精度的提高使两个航天器在距离20米时，上升器对接机构抱爪的锁定圆面的半径缩小了几厘米。这几个厘米，大幅提升了精准对接的胜算。此外，装有对接用应答机的上升器在落月时难免形成扬尘，这些肉眼不可见的干扰将会严重降低测角精度。
为确保安全度过月球之旅，设计人员在应答机上安装了特殊材料的防尘罩，“就像给‘千里眼’戴上了‘护目镜’，‘嫦娥’的这双‘千里眼’，就不会变成‘近视眼’，甚至‘全盲’了。”设计师纪博已经是第二次参与交会对接任务，说起自己的产品，她自豪与兴奋地打起了比方。
微波雷达不仅更可靠还能在轨“打电话”
据孙武介绍，“我们为这次交会对接打造的，不仅是‘千里眼’，还是‘顺风耳’，升级后的它更小巧、更强大、更可靠。”
微波雷达在保证交会对接测量“本职工作”的同时，升级了航天器之间双向空空通信的“第二职业”，从雷达与应答机之间“一问一答”的传输方式，升级至轨道器与上升器之间的“沟通对话”，实现了遥控指令和遥测参数的双向传输。
“以前就像老师上课点名，雷达发消息，应答机答‘到’。而现在它们不仅自己要通话，还要负责上升器和轨道器之间的信息传递。”贺中琴说。
同时，在此前“天舟”、“天宫”交会对接微波雷达已经实现减重一半的基础上，这次再进一步开展了轻量化的改进，将产品重量又减轻了数公斤。
“哪怕一克的重量减轻，对月壤采样任务的意义，都是巨大的。”孙武表示。
据研制单位介绍，对接微波雷达在月球轨道的完美表现见证了我国首次在地外天体实现无人交会对接技术。孙武表示，“我们已整装待发，向月球进发！向更遥远的深空进发！向更广阔的领域进发！”
番外
2吨多的小胖子如何“追上”小姑娘，手把手教你操作秘籍
12月3日晚，嫦娥五号上升器顺利完成点火起飞，成功携带样品进入到预定的环月轨道，这是我国首次实现地外天体起飞。嫦娥五号上升器与环月等待的轨返组合体完成交会对接动作，将月球样品顺利转移到返回器中。
在环月轨道中运行的轨返组合体重达2.3吨左右，怎样顺利和体重仅有400公斤左右的上升器“牵手”成功？来看看嫦娥五号探测器的专属秘籍！
一、最紧要的是耐心——等待
12月1日，嫦娥五号着上组合体与轨返组合体分离，顺利落月，开展“挖土”和封装工作。与此同时，轨返组合体则在环月轨道上继续飞行，安静、耐心地等待与装载月壤的上升器再次见面。重达2.3吨的小胖子——轨返组合体一边数着星星，一边算着与上升器再次见面的日子，在两天时间内完成4次调相控制，在距离月表200X200公里的圆形轨道上哼哧哼哧地完成长跑。胖小伙很有耐心，在与上升器再次见面前做好最充分的准备，力争以最帅气的姿态等待上升器的到来。
二、最巧妙的是沟通——灵犀
体重有800公斤左右的小姑娘——上升器在上升过程中成功“瘦身”到400公斤左右，以更苗条的身姿冲入15X180公里的环月椭圆轨道，通过与轨返组合体之间巧妙的沟通方式——远程导引，进行四次轨道控制，进入到210X210公里的环月圆轨道上，在预定的交班点停留在轨返组合体的前方50公里处。在进入到交班点后的4个小时，轨返组合体就开始用更加亲近的沟通的方式——近程导引与上升器进行沟通，双方通过自己携带的敏感器，即微波雷达互换信息，轨返组合体开始主动向上升器靠近。
三、最需要的是心态——冷静
小胖子看到心仪的对象出现时有些激动，但仍竭力让自己冷静下来，分步骤，分阶段地向上升器靠拢。轨返组合体为自己设置了四个停泊点，分别来观察自己与上升器的姿态和状态，是否一切是按照预期方案进行，50公里、5公里、1公里、100米，每一次停泊观察都是对最终靠近时间和地点的精确把握。越到最后，轨返组合体反而更加冷静，飞快进行精准计算和调整。
四、最重要的是积累——实力
小胖子能够有如今冷静精准地判断，来源于五院研制团队对交会对接任务的深厚功力积累。在中国的太空探索历程中，近地轨道交会对接技术正在快速地进步着。
2012年6月，神舟九号与天宫一号对接成功，标志着我国首次载人交会对接任务的成功，2013年6月，神舟十号与天宫一号顺利进行了一次自动交会对接和一次航天员手控交会对接……这些都标志着我国近地轨道交会对接技术的成熟。
飞船是在近地轨道上完成与空间站的交会对接，通信距离相对较近，并且能够得到导航卫星的定位帮助，地面控制的精度更高。而此次嫦娥五号轨返组合体要在距离地球38万公里的环月轨道上追逐上升器，这就对控制系统提出了更高的要求，轨道返回组合体要能够适应更大的偏差，在没有任何干预的情况下全自主地做出向心仪对象靠近的各个决策，这不仅是国内首次，更是国际首次。
五、最牢靠的是细节——细致
载人飞船与空间站交会对接是在近地轨道上采用撞击式的方法完成，此次小胖子却要采用更加浪漫的方式，与上升器“牵手”对接。轨返组合体身上安装了3个对接机构主动件，又称为“抱爪”，在运动过程中完全贴近上升器，主动用“抱爪”紧扣上升器身上的对接机构被动件，将上升器拉入怀中，完成这次亲密的“抱紧式”交会对接。轨返组合体重达2.3吨，在运行过程中稍有不慎就会将身姿轻盈的上升器撞飞，这需要小胖子对于速度、位置都有极为细致的把握，对微重力环境、热环境等有极为细心的考虑，用极高的控制精度来保证任务的圆满完成。
不仅交会对接的过程精巧细致，交会对接的产品设计也极为精密。在多器之间月球样品的通畅转移，对各分系统的设计精度、装配精度和制造精度提出了更高的要求，在进行指标分配时，装配精度要达到毫米级，制造精度要达到微米级。总体设计部研制团队要攻克装配环节多、精度测量难、精度调整要求高等难关，以保证产品总体偏差满足要求。
仅以样品舱的舱盖为例，产品经历了总体设计部机构分系统团队的8年打磨，在重量指标极其苛刻的前提下，样品舱盖能够满足多器以及多个分系统之间的复杂接口关系，在样本容器完成对接转移后，通过精密的单向止回机构将月球样品稳稳地固定在样品舱内，堪称嫦娥五号探测器的“终极藏宝箱”。
2吨多胖小伙追上心仪小姑娘的操作秘籍已经手把手教你操作，后续就一起期待嫦娥五号探测器携带月球土特产重新迎入地球的怀抱吧！
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