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“大火箭”成功送“嫦娥五号”奔月!揭秘三大看点

2020年11月24日05:47 | 来源:人民网-科技频道
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长征五号遥五运载火箭将“嫦娥五号”探测器发射升空(李迪克 摄)

人民网北京11月24日电(赵竹青)11月24日4时30分,海南文昌发射场,长征五号遥五火箭托举“嫦娥五号”月球探测器呼啸升空。随后,“嫦娥五号”成功入轨,发射取得圆满成功。

历经十年,大火箭“胖五”终于和“嫦娥”携手奔月。而此前,探月工程的发射任务均由长征三号甲系列火箭完成。此次发射有哪些看点?记者邀请“胖五”的“娘家人”中国航天科技集团有限公司第一研究院的设计师,进行了详细解读。

看点一:15选1,最优轨道奔月

“嫦娥五号”与“大火箭”分离后,还要飞行数天才能够到达月球。奔月之旅,路途遥远,“大火箭”为了让“嫦娥”姑娘省点儿力气,可以说贴心至极。

常规任务,一枚火箭有一条轨道就行了。探月工程三期对火箭发射概率和发射窗口提出了更高的要求,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连续三天、每天连续50分钟的主份和备份多弹道奔月发射方案。

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。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”更节省推进剂,在研制阶段,火箭开展了精细化的“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入轨道。这样的话,“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,在我国首次火星探测任务,也就是几个月前,长征五号火箭发射“天问一号”时,已经得到成功验证。因此,长征五号火箭托举“嫦娥五号”奔月,虽然要求比较高,但“大火箭”却照样应对自如。

看点二:为了奔月,“大火箭”挑战高难度动作

长征五号火箭点火升空后,要飞行2000多秒才能够到达地月转移轨道。为了把“嫦娥五号”精准送达目的地,它要在太空完成一个高难度动作——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,可是个不小的考验。

刘秉说,“从长征五号火箭二级发动机一次关机到再次点火,中间要间隔最长约935秒。在这一开一关之间,‘大火箭’需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,滑行时间越长,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的变化,设计人员在研制阶段对大火箭长时间滑行适应性开展了深入细致的研究工作。”

为了确保“嫦娥五号”发射万无一失,研制人员从立项之初就将长时间滑行作为一大关键技术加以攻克,并在长征五号火箭首飞以及后来的多次飞行中得到了成功验证。

看点三:“座椅”更舒适、更安全

到达月球后,“嫦娥五号”要降落到月球,在月面采样后返回地球,因此“嫦娥五号”既包含轨道器、着陆器,也包含上升器、返回器,结构更复杂、块头更大、重量更重。

为了让“嫦娥五号”坐得更安全、更舒适,研制人员开展了大量的器箭联合试验和分析,对它们所处的电磁环境、力学环境、机械接口进行了多轮综合优化。

刘秉介绍,“既要让火箭与探测器的固有频率错开,彼此之间更‘默契’,不产生共振,同时还要让‘嫦娥五号’坐得舒舒服服、稳稳当当。”

在长征五号火箭上,“嫦娥五号”的“座椅”是定制的。“原来,卫星与火箭之间通常用包带相连,就像一个腰带一样。但‘嫦娥五号’块头太大,以往的包带连接方式最大只能满足2.8米直径的连接要求,而‘嫦娥五号’探测器与火箭的接口直径达到了3.1米,传统的包带连接已无法满足‘嫦娥五号’任务的需求。所以,长征五号火箭采用了一种低冲击分离装置。它既要在飞行过程中连接可靠、安全,让‘嫦娥五号’坐得稳当,又能在器箭分离时降低冲击,让器箭安全舒适地分离。”刘秉说。

此外,长征五号火箭整流罩上还专门为探测器设置了15个操作口和透波口,以便于探测器进行操作和传输数据。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要的要求。

对于我国探月工程来说,这次任务是探月工程“绕、落、回”三步走的收官之战。对于长征五号系列火箭来说,这也是今年的收官之战。

从去年年底开始,长征五号系列火箭进入了高密度发射阶段,预计到明年初,长征五号B火箭还将发射空间站核心舱。一年内4次成功,15个月间5发任务,进入密集发射阶段,“大火箭”迎来了新跨越。

(责编:赵竹青、吕骞)

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