11月24日，長征五號遙五運載火箭托舉嫦娥五號月球探測器呼嘯升空。
這是中國航天科技集團一院第6次執(zhí)行探月工程發(fā)射任務(wù)。不同的是，此前任務(wù)均由長征三號甲系列火箭完成，而此次發(fā)射的嫦娥五號探測器重達8.2噸，是嫦娥四號的2倍有余，因此要由我國目前運載能力最大的“胖五”發(fā)射，將其直接送入近地點約200公里、遠地點約41萬公里的地月轉(zhuǎn)移軌道。
記者從一院了解到，此次發(fā)射凸顯三大看點。
奔月軌道15選1
奔月之旅，路途遙遠，“胖五”為了讓“嫦娥”省點兒力氣，可以說貼心至極。
常規(guī)任務(wù)中，為火箭設(shè)計一條軌道就行了。但此次任務(wù)對火箭發(fā)射概率和發(fā)射窗口提出了更高要求，為克服臺風(fēng)過境影響、提升故障適應(yīng)性，設(shè)計團隊精心優(yōu)化設(shè)計了“窄窗口多軌道”奔月發(fā)射方案。
據(jù)一院長征五號火箭總體副主任計師劉秉介紹，與近地軌道任務(wù)相比，探月任務(wù)的軌道設(shè)計更加復(fù)雜。
效果圖。中國航天科技集團八院供圖
由于地月距離較遠，探測器用于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(fā)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(shè)計提出了非常高的要求。
為了讓嫦娥五號節(jié)省推進劑，在研制階段，火箭團隊開展了精細化的“窄窗口多軌道”關(guān)鍵技術(shù)驗證攻關(guān)，可以在連續(xù)3天內(nèi)，每天有50分鐘的窗口，每10分鐘一條軌道，共規(guī)劃15條軌道，每條軌道均可以將探測器準確送達目的地。這樣，嫦娥五號踏上奔月旅程后，可以減少軌道偏差的修正次數(shù)，既能節(jié)省燃料，也能更快地到達月球。
這項技術(shù)，在今年7月長征五號遙四運載火箭發(fā)射天問一號火星探測器時，已經(jīng)得到成功驗證。因此，本次任務(wù)雖然要求較高，“胖五”照樣應(yīng)對自如。
“胖五”挑戰(zhàn)高難度動作
此次任務(wù)中，“胖五”共計飛行了2200余秒。其間，它在太空完成了一個高難度動作——長時間滑行。
滑行，是指火箭主發(fā)動機關(guān)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，可是不小的考驗。
效果圖。中國航天科技集團八院供圖
劉秉說，長征五號火箭二級發(fā)動機一次關(guān)機到再次點火，間隔約935秒。在這一開一關(guān)之間，“胖五”要完成箭體姿態(tài)調(diào)整、真空狀態(tài)下推進劑沉底、低溫發(fā)動機二次啟動前預(yù)冷等工作，動作非常多。另外，滑行時間長，火箭在空間輻射影響下的環(huán)境變化更加復(fù)雜，低溫推進劑溫度和貯箱承受的壓力也在不斷變化。
在長征五號火箭立項之初，研制人員就將長時間滑行作為一大關(guān)鍵技術(shù)，對其長時間滑行適應(yīng)性開展了深入細致的研究，并在長征五號火箭數(shù)次飛行中進行了驗證。
“嫦娥”坐得更舒適
嫦娥五號塊頭大、體重大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。為了讓它“坐”得更安全、更舒適，研制人員下了不少工夫。
他們開展了大量的器箭聯(lián)合試驗和分析，對探測器和火箭所處的電磁環(huán)境、力學(xué)環(huán)境、機械接口進行了多輪綜合優(yōu)化，讓它們的固有頻率錯開，避免彼此之間產(chǎn)生共振。
在“胖五”身上，還為嫦娥五號定制了“座椅”。劉秉說，通常衛(wèi)星與火箭之間用包帶相連，但最多只能滿足2.8米直徑的連接要求，而嫦娥五號塊頭太大，與火箭的接口直徑達到3.1米，包帶連接方式無法滿足任務(wù)要求。因此長征五號火箭上采用了一種低沖擊分離裝置，既在飛行過程中連接得安全可靠，又能在器箭分離時降低沖擊。
此外，長征五號火箭整流罩上還專門為嫦娥五號設(shè)置了15個操作口和透波口，以便進行操作和傳輸數(shù)據(jù)。據(jù)介紹，此次任務(wù)火箭整流罩的開口數(shù)量和總面積超過了以往發(fā)射任務(wù)，對整流罩的設(shè)計及發(fā)射場聯(lián)合操作提出了更高要求。
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長征火箭與“嫦娥”姐妹的交往史
2007年10月24，長征三號甲火箭成功發(fā)射“嫦娥一號”，我國成為世界上第5個自主發(fā)射月球探測器的國家。
2010年10月1日，長征三號丙火箭成功發(fā)射“嫦娥二號”，我國成功突破直接地月轉(zhuǎn)移軌道發(fā)射技術(shù)。
2013年12月2日，長征三號乙火箭成功發(fā)射“嫦娥三號”。此次任務(wù)的圓滿成功，使我國成為世界上第3個實現(xiàn)月面軟著陸和月面巡視探測的國家。
2014年10月24日，長征三號丙火箭成功發(fā)射“再入返回飛行試驗器”，為“嫦娥五號”探路。
2018年12月8日，長征三號乙火箭成功發(fā)射“嫦娥四號”，執(zhí)行月球背面軟著陸和巡視探測任務(wù)。
2020年11月24日，長征五號火箭成功發(fā)射“嫦娥五號”，執(zhí)行月球采樣返回任務(wù)。
至今，長征系列運載火箭已執(zhí)行全部6次探月工程發(fā)射任務(wù)，成功率達100%。
◎ 左秋紅 科技日報記者 付毅飛
來源：科技日報
