设计15条轨道 确保“零窗口”发射

长征五号火箭发射现场

长征五号运载火箭由中国航天科技集团有限公司第一研究院抓总研制,此次发射的嫦娥五号重量更重,约8.2吨,是此前发射的嫦娥四号月球探测器重量的2倍多,因此要由我国运载能力最大的长征五号火箭来发射。长征五号火箭总体副主任设计师刘秉介绍,嫦娥五号发射任务是长征五号火箭立项研制后较早明确的国家重大工程任务,历经十年,“大火箭”终于与“嫦娥”携手奔月。刘秉向记者介绍了此次发射任务的三大看点。

文、图 广州日报全媒体记者 肖欢欢 通讯员 姜哲

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”省点力气,可以说贴心至极。常规任务一枚火箭有一条轨道就行了,而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。

刘秉介绍,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。这样一来,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。

据了解,这项技术,在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:

“大火箭”将挑战高难度动作

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多摄氏度的“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。”

看点三:

“座椅”更舒适、更安全

由于嫦娥五号既包含轨道器、着陆器,也包含上升器和返回器,结构更复杂、块头更大、重量比以往更重。

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。

刘秉说:“我们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在火箭上‘坐’得舒舒服服、稳稳当当。”

据介绍,在长征五号火箭上,嫦娥五号的“座椅”是专门定制的。“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,传统的包带连接已无法满足任务的需求。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均提出了更高的要求。

ozabc