嫦五：月球“挖土”，就坐长五！

左秋红科技日报记者付毅飞

2020-11-24 13:07:07　　来源：科技日报

　　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。

　　记者从一院了解到，此次发射凸显三大看点。

　　奔月轨道15选1

　　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。

　　效果图。中国航天科技集团八院供图

　　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。

　“胖五”挑战高难度动作

　　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。

　　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。

　　效果图。中国航天科技集团八院供图

　　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”坐得更舒适

　　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。

　　中国航天科技集团八院提供

　　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。

　　相关链接：

　长征火箭与“嫦娥”姐妹的交往史

　　2007年10月24，长征三号甲火箭成功发射“嫦娥一号”，我国成为世界上第5个自主发射月球探测器的国家。

　　2010年10月1日，长征三号丙火箭成功发射“嫦娥二号”，我国成功突破直接地月转移轨道发射技术。

　　2013年12月2日，长征三号乙火箭成功发射“嫦娥三号”。此次任务的圆满成功，使我国成为世界上第3个实现月面软着陆和月面巡视探测的国家。

　　2014年10月24日，长征三号丙火箭成功发射“再入返回飞行试验器”，为“嫦娥五号”探路。

　　2018年12月8日，长征三号乙火箭成功发射“嫦娥四号”，执行月球背面软着陆和巡视探测任务。

　　2020年11月24日，长征五号火箭成功发射“嫦娥五号”，执行月球采样返回任务。

　　至今，长征系列运载火箭已执行全部6次探月工程发射任务，成功率达100%。

编辑：张苇柠

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