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嫦五:月球“挖土”,就坐長五!

有效维护国家安全,确保“一国两制”行稳致远 2020-11-24 16:23:16 資訊 48523℃

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  ◎左秋紅 科技日報記者 付毅飛

  11月24日,長征五號遙五運載火箭托舉嫦娥五號月球探測器呼嘯升空。

  這是中國航天科技集團一院第6次執行探月工程發射任務。不同的是,此前任務均由長征三號甲系列火箭完成,而此次發射的嫦娥五號探測器重達8.2噸,是嫦娥四號的2倍有余,因此要由我國目前運載能力最大的“胖五”發射,將其直接送入近地點約200公里、遠地點約41萬公里的地月轉移軌道。

  

  記者從一院了解到,此次發射凸顯三大看點。

  奔月軌道15選1

  奔月之旅,路途遙遠,“胖五”為了讓“嫦娥”省點兒力氣,可以說貼心至極。

  常規任務中,為火箭設計一條軌道就行了。但此次任務對火箭發射概率和發射窗口提出了更高要求,為克服臺風過境影響、提升故障適應性,設計團隊精心優化設計了“窄窗口多軌道”奔月發射方案。

  據一院長征五號火箭總體副主任計師劉秉介紹,與近地軌道任務相比,探月任務的軌道設計更加復雜。

  

  

  效果圖。中國航天科技集團八院供圖

  由于地月距離較遠,探測器用于中途修正所需的推進劑有限,而地球和月球的相對位置在不斷發生變化,還要考慮火箭與探測器分離后的光照因素,這對軌道設計提出了非常高的要求。

  為了讓嫦娥五號節省推進劑,在研制階段,火箭團隊開展了精細化的“窄窗口多軌道”關鍵技術驗證攻關,可以在連續3天內,每天有50分鐘的窗口,每10分鐘一條軌道,共規劃15條軌道,每條軌道均可以將探測器準確送達目的地。這樣,嫦娥五號踏上奔月旅程后,可以減少軌道偏差的修正次數,既能節省燃料,也能更快地到達月球。

  這項技術,在今年7月長征五號遙四運載火箭發射天問一號火星探測器時,已經得到成功驗證。因此,本次任務雖然要求較高,“胖五”照樣應對自如。

  “胖五”挑戰高難度動作

  此次任務中,“胖五”共計飛行了2200余秒。其間,它在太空完成了一個高難度動作——長時間滑行。

  滑行,是指火箭主發動機關機后,火箭靠慣性向前飛行。聽上去絲毫不費力氣,但實際上,長時間滑行對一枚火箭特別是一枚零下200多度的“冰箭”來說,可是不小的考驗。

  

  效果圖。中國航天科技集團八院供圖

  劉秉說,長征五號火箭二級發動機一次關機到再次點火,間隔約935秒。在這一開一關之間,“胖五”要完成箭體姿態調整、真空狀態下推進劑沉底、低溫發動機二次啟動前預冷等工作,動作非常多。另外,滑行時間長,火箭在空間輻射影響下的環境變化更加復雜,低溫推進劑溫度和貯箱承受的壓力也在不斷變化。

  在長征五號火箭立項之初,研制人員就將長時間滑行作為一大關鍵技術,對其長時間滑行適應性開展了深入細致的研究,并在長征五號火箭數次飛行中進行了驗證。

  “嫦娥”坐得更舒適

  嫦娥五號塊頭大、體重大、結構復雜。為了讓它“坐”得更安全、更舒適,研制人員下了不少工夫。

  他們開展了大量的器箭聯合試驗和分析,對探測器和火箭所處的電磁環境、力學環境、機械接口進行了多輪綜合優化,讓它們的固有頻率錯開,避免彼此之間產生共振。

  在“胖五”身上,還為嫦娥五號定制了“座椅”。劉秉說,通常衛星與火箭之間用包帶相連,但最多只能滿足2.8米直徑的連接要求,而嫦娥五號塊頭太大,與火箭的接口直徑達到3.1米,包帶連接方式無法滿足任務要求。因此長征五號火箭上采用了一種低沖擊分離裝置,既在飛行過程中連接得安全可靠,又能在器箭分離時降低沖擊。

  此外,長征五號火箭整流罩上還專門為嫦娥五號設置了15個操作口和透波口,以便進行操作和傳輸數據。據介紹,此次任務火箭整流罩的開口數量和總面積超過了以往發射任務,對整流罩的設計及發射場聯合操作提出了更高要求。

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  長征火箭與“嫦娥”姐妹的交往史

  2007年10月24,長征三號甲火箭成功發射“嫦娥一號”,我國成為世界上第5個自主發射月球探測器的國家。

  2010年10月1日,長征三號丙火箭成功發射“嫦娥二號”,我國成功突破直接地月轉移軌道發射技術。

  2013年12月2日,長征三號乙火箭成功發射“嫦娥三號”。此次任務的圓滿成功,使我國成為世界上第3個實現月面軟著陸和月面巡視探測的國家。

  2014年10月24日,長征三號丙火箭成功發射“再入返回飛行試驗器”,為“嫦娥五號”探路。

  2018年12月8日,長征三號乙火箭成功發射“嫦娥四號”,執行月球背面軟著陸和巡視探測任務。

  2020年11月24日,長征五號火箭成功發射“嫦娥五號”,執行月球采樣返回任務。

  至今,長征系列運載火箭已執行全部6次探月工程發射任務,成功率達100%。

【編輯:劉歡】

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