12月6日5時42分，由航天科技集團(tuán)五院抓總研制的嫦娥五號的上升器成功與軌道器和返回器組合體交會對接，并于6時12分將樣品容器安全轉(zhuǎn)移至返回器中。這是我國首次實現(xiàn)月球軌道交會對接。
▲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對接（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和手動交會對接技術(shù)，可月球軌道和地球軌道交會對接有很多不同點。
在交會對接之前，嫦娥五號軌返組合體通過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。
因為月球軌道的交會對接精度要求是厘米級，而目前地面對38萬公里外的測控精度是公里級，加之相較于神舟飛船的交會對接，月球軌道每圈有1/3的時間位于不可測弧段，所以，人工導(dǎo)引至此結(jié)束，后續(xù)的交會對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。
▲嫦娥五號軌道器和上升器月球軌道交會對接模擬圖
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)、交會對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對接微波雷達(dá)就是通過捕獲、跟蹤、測量等一系列的手段為兩個飛行器的“穿針引線”式的交會對接瞄準(zhǔn)“針眼”，實現(xiàn)精準(zhǔn)對接。同時可以實現(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現(xiàn)。由航天科技集團(tuán)五院502所研制的交會對接成像敏感器作為影響交會對接任務(wù)成敗的關(guān)鍵單機(jī)，是交會對接平移靠攏段從120米到對接完成唯一能夠同時進(jìn)行位置和姿態(tài)六自由度測量的關(guān)鍵單機(jī)，好比飛行器的“眼睛”。
在此次交會對接過程中，嫦娥五號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對接采用的小星追大星、用弱撞擊的方式實現(xiàn)對接不同。因為如果用撞擊的方式對接會把上升器撞飛，所以，嫦娥五號采用的是?？丶幼ト〉姆绞?，就是在軌道器追上上升器并以相同速度飛行過程中，從后面 “伸手”牽過上升器之后拉緊，實現(xiàn)對接。
▲嫦娥五號軌道器和上升器月球軌道交會對接模擬圖
嫦娥五號的月球軌道交會對接受制于月地返回窗口、熱控、能源等約束，必須在規(guī)定時間內(nèi)完成，若時間太長，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)險錯過月地返回窗口，因此從保安全的角度說，月球軌道交會對接任務(wù)是不可逆的，必須在規(guī)定時間內(nèi)一次完成。
不僅交會對接的過程精巧細(xì)致，交會對接的產(chǎn)品設(shè)計也極為精密。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)計部研制團(tuán)隊對各分系統(tǒng)的設(shè)計精度、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)隊在進(jìn)行指標(biāo)分配時，保證裝配精度要達(dá)到毫米級，制造精度要達(dá)到微米級。
▲月球樣品由嫦娥五號上升器轉(zhuǎn)移至返回器模擬圖
在樣本容器完成對接轉(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)計的“轉(zhuǎn)動+平動”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35分，嫦娥五號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。
▲嫦娥五號軌返組合體與上升器分離模擬圖
