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“大火箭”成功送“嫦娥五號”奔月!揭秘三大看點

2020年11月24日05:47 | 來源:人民網-科技頻道
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長征五號遙五運載火箭將“嫦娥五號”探測器發射升空(李迪克 攝)

人民網北京11月24日電(趙竹青)11月24日4時30分,海南文昌發射場,長征五號遙五火箭托舉“嫦娥五號”月球探測器呼嘯升空。隨后,“嫦娥五號”成功入軌,發射取得圓滿成功。

歷經十年,大火箭“胖五”終於和“嫦娥”攜手奔月。而此前,探月工程的發射任務均由長征三號甲系列火箭完成。此次發射有哪些看點?記者邀請“胖五”的“娘家人”中國航天科技集團有限公司第一研究院的設計師,進行了詳細解讀。

看點一:15選1,最優軌道奔月

“嫦娥五號”與“大火箭”分離后,還要飛行數天才能夠到達月球。奔月之旅,路途遙遠,“大火箭”為了讓“嫦娥”姑娘省點兒力氣,可以說貼心至極。

常規任務,一枚火箭有一條軌道就行了。探月工程三期對火箭發射概率和發射窗口提出了更高的要求,為克服台風過境影響、提升故障適應性,設計團隊精心優化設計了連續三天、每天連續50分鐘的主份和備份多彈道奔月發射方案。

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。由於地月距離較遠,探測器用於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”更節省推進劑,在研制階段,火箭開展了精細化的“窄窗口多軌道”關鍵技術驗証攻關,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准確送入軌道。這樣的話,“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,在我國首次火星探測任務,也就是幾個月前,長征五號火箭發射“天問一號”時,已經得到成功驗証。因此,長征五號火箭托舉“嫦娥五號”奔月,雖然要求比較高,但“大火箭”卻照樣應對自如。

看點二:為了奔月,“大火箭”挑戰高難度動作

長征五號火箭點火升空后,要飛行2000多秒才能夠到達地月轉移軌道。為了把“嫦娥五號”精准送達目的地,它要在太空完成一個高難度動作——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,可是個不小的考驗。

劉秉說,“從長征五號火箭二級發動機一次關機到再次點火,中間要間隔最長約935秒。在這一開一關之間,‘大火箭’需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,滑行時間越長,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的變化,設計人員在研制階段對大火箭長時間滑行適應性開展了深入細致的研究工作。”

為了確保“嫦娥五號”發射萬無一失,研制人員從立項之初就將長時間滑行作為一大關鍵技術加以攻克,並在長征五號火箭首飛以及后來的多次飛行中得到了成功驗証。

看點三:“座椅”更舒適、更安全

到達月球后,“嫦娥五號”要降落到月球,在月面採樣后返回地球,因此“嫦娥五號”既包含軌道器、著陸器,也包含上升器、返回器,結構更復雜、塊頭更大、重量更重。

為了讓“嫦娥五號”坐得更安全、更舒適,研制人員開展了大量的器箭聯合試驗和分析,對它們所處的電磁環境、力學環境、機械接口進行了多輪綜合優化。

劉秉介紹,“既要讓火箭與探測器的固有頻率錯開,彼此之間更‘默契’,不產生共振,同時還要讓‘嫦娥五號’坐得舒舒服服、穩穩當當。”

在長征五號火箭上,“嫦娥五號”的“座椅”是定制的。“原來,衛星與火箭之間通常用包帶相連,就像一個腰帶一樣。但‘嫦娥五號’塊頭太大,以往的包帶連接方式最大隻能滿足2.8米直徑的連接要求,而‘嫦娥五號’探測器與火箭的接口直徑達到了3.1米,傳統的包帶連接已無法滿足‘嫦娥五號’任務的需求。所以,長征五號火箭採用了一種低沖擊分離裝置。它既要在飛行過程中連接可靠、安全,讓‘嫦娥五號’坐得穩當,又能在器箭分離時降低沖擊,讓器箭安全舒適地分離。”劉秉說。

此外,長征五號火箭整流罩上還專門為探測器設置了15個操作口和透波口,以便於探測器進行操作和傳輸數據。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要的要求。

對於我國探月工程來說,這次任務是探月工程“繞、落、回”三步走的收官之戰。對於長征五號系列火箭來說,這也是今年的收官之戰。

從去年年底開始,長征五號系列火箭進入了高密度發射階段,預計到明年初,長征五號B火箭還將發射空間站核心艙。一年內4次成功,15個月間5發任務,進入密集發射階段,“大火箭”迎來了新跨越。

(責編:趙竹青、呂騫)

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