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嫦五:月球“挖土”,就坐长五!
发布时间:2020-11-24   文章来源 : 科技日报   字号:
 

  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。
 
  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。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。
 
  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?;?,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。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。
 
  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。

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