嫦五:月球“挖土”,就坐长五!

2020-11-24 13:48 来源: 科技日报
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  11月24日,长征五号遥五运载火箭托举嫦娥五号月球探测器呼啸升空。

  这是中国航天科技集团一院第6次执行探月工程发射任务。不同的是,此前任务均由长征三号甲系列火箭完成,而此次发射的嫦娥五号探测器重达8.2吨,是嫦娥四号的2倍有余,因此要由我国目前运载能力最大的“胖五”发射,将其直接送入近地点约200公里、远地点约41万公里的地月转移轨道。

   

  记者从一院了解到,此次发射凸显三大看点。

  奔月轨道15选1

  奔月之旅,路途遥远,“胖五”为了让“嫦娥”省点儿力气,可以说贴心至极。

  常规任务中,为火箭设计一条轨道就行了。但此次任务对火箭发射概率和发射窗口提出了更高要求,为克服台风过境影响、提升故障适应性,设计团队精心优化设计了“窄窗口多轨道”奔月发射方案。

  据一院长征五号火箭总体副主任计师刘秉介绍,与近地轨道任务相比,探月任务的轨道设计更加复杂。

   

   

  效果图。中国航天科技集团八院供图

  由于地月距离较远,探测器用于中途修正所需的推进剂有限,而地球和月球的相对位置在不断发生变化,还要考虑火箭与探测器分离后的光照因素,这对轨道设计提出了非常高的要求。

  为了让嫦娥五号节省推进剂,在研制阶段,火箭团队开展了精细化的“窄窗口多轨道”关键技术验证攻关,可以在连续3天内,每天有50分钟的窗口,每10分钟一条轨道,共规划15条轨道,每条轨道均可以将探测器准确送达目的地。这样,嫦娥五号踏上奔月旅程后,可以减少轨道偏差的修正次数,既能节省燃料,也能更快地到达月球。

  这项技术,在今年7月长征五号遥四运载火箭发射天问一号火星探测器时,已经得到成功验证。因此,本次任务虽然要求较高,“胖五”照样应对自如。

  “胖五”挑战高难度动作

  此次任务中,“胖五”共计飞行了2200余秒。其间,它在太空完成了一个高难度动作——长时间滑行。

  滑行,是指火箭主发动机关机后,火箭靠惯性向前飞行。听上去丝毫不费力气,但实际上,长时间滑行对一枚火箭特别是一枚零下200多度的“冰箭”来说,可是不小的考验。

   

  效果图。中国航天科技集团八院供图

  刘秉说,长征五号火箭二级发动机一次关机到再次点火,间隔约935秒。在这一开一关之间,“胖五”要完成箭体姿态调整、真空状态下推进剂沉底、低温发动机二次启动前预冷等工作,动作非常多。另外,滑行时间长,火箭在空间辐射影响下的环境变化更加复杂,低温推进剂温度和贮箱承受的压力也在不断变化。

  在长征五号火箭立项之初,研制人员就将长时间滑行作为一大关键技术,对其长时间滑行适应性开展了深入细致的研究,并在长征五号火箭数次飞行中进行了验证。

  “嫦娥”坐得更舒适

  嫦娥五号块头大、体重大、结构复杂。为了让它“坐”得更安全、更舒适,研制人员下了不少工夫。

  他们开展了大量的器箭联合试验和分析,对探测器和火箭所处的电磁环境、力学环境、机械接口进行了多轮综合优化,让它们的固有频率错开,避免彼此之间产生共振。

  在“胖五”身上,还为嫦娥五号定制了“座椅”。刘秉说,通常卫星与火箭之间用包带相连,但最多只能满足2.8米直径的连接要求,而嫦娥五号块头太大,与火箭的接口直径达到3.1米,包带连接方式无法满足任务要求。因此长征五号火箭上采用了一种低冲击分离装置,既在飞行过程中连接得安全可靠,又能在器箭分离时降低冲击。

  中国航天科技集团八院提供

  此外,长征五号火箭整流罩上还专门为嫦娥五号设置了15个操作口和透波口,以便进行操作和传输数据。据介绍,此次任务火箭整流罩的开口数量和总面积超过了以往发射任务,对整流罩的设计及发射场联合操作提出了更高要求。

  相关链接:

  长征火箭与“嫦娥”姐妹的交往史

  2007年10月24,长征三号甲火箭成功发射“嫦娥一号”,我国成为世界上第5个自主发射月球探测器的国家。

  2010年10月1日,长征三号丙火箭成功发射“嫦娥二号”,我国成功突破直接地月转移轨道发射技术。

  2013年12月2日,长征三号乙火箭成功发射“嫦娥三号”。此次任务的圆满成功,使我国成为世界上第3个实现月面软着陆和月面巡视探测的国家。

  2014年10月24日,长征三号丙火箭成功发射“再入返回飞行试验器”,为“嫦娥五号”探路。

  2018年12月8日,长征三号乙火箭成功发射“嫦娥四号”,执行月球背面软着陆和巡视探测任务。

  2020年11月24日,长征五号火箭成功发射“嫦娥五号”,执行月球采样返回任务。

  至今,长征系列运载火箭已执行全部6次探月工程发射任务,成功率达100%。

  【编辑:谢源】

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