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嫦娥四号成功完成“太空刹车”进入环月轨道!三个关键词再回顾嫦娥四号发射

2019-04-24来源:谈史生活
嫦娥四号成功完成“太空刹车”进入环月轨道!三个关键词再回顾嫦娥四号发射嫦娥四号成功完成“太空刹车”进入环月轨道!三个关键词再回顾嫦娥四号发射

撰文/钱航

(中国科学院国家空间科学中心博士,

现中国运载火箭技术研究院总体设计部型号设计师)

据国防科工局、国家航天局消息,2018年12月12日16点45分,嫦娥四号探测器结束地月转移段飞行,成功实施近月制动,顺利完成“太空刹车”,并成功进入近月点100km环月轨道。目前,整器功率平衡,运行正常。后续将择机开展环月中继在轨测试和环月轨道修正等工作。

嫦娥四号成功完成“太空刹车”进入环月轨道!三个关键词再回顾嫦娥四号发射

动图来源:中国航天科技集团五院

嫦娥四号于2018年12月8日凌晨2点23分,在西昌卫星发射中心由长征三号乙运载火箭发射升空,带着全人类对月球的好奇心前往月球背面,将完成人类首次月背软着陆和巡视勘察!

金牌火箭全程护送

“长征三号乙”(CZ-3B)运载火箭被誉为“金牌火箭”,是由中国运载火箭技术研究院抓总研制的一种高轨道大推力运载火箭。它以长征三号甲火箭为芯级,在其一子级上捆绑了四枚助推器,主要用于发射地球同步转移轨道卫星,亦可进行一箭多星发射或其它轨道卫星的发射。

该火箭长56.5米,芯一、二级直径3.35米,芯三级直径3.0米,单个助推直径2.25米,起飞重量约456吨,地球同步转移轨道运载能力为5.5吨。

长征三号乙火箭是我国用于商业卫星发射服务的主力火箭,主要承担了委星1号、巴星1R、尼星1R、W3C、亚太七号、中星十一号、中星十二号、玻利维亚星等国际国内通信卫星和“嫦娥三号”月球探测器的发射任务。此次嫦娥四号月球之旅的“专列”即为长征三号乙运载火箭。

嫦娥四号成功完成“太空刹车”进入环月轨道!三个关键词再回顾嫦娥四号发射

发射窗口仅几分钟

发射窗口指的是运载火箭发射比较合适的一个时间范围,是根据航天器本身的要求及外部多种限制条件经综合分析计算后确定的。范围的大小也叫发射窗口的宽度。窗口宽度有宽有窄,宽的以小时计,甚至以天计算,窄的只有几十秒,甚至为零。

在进行探月发射窗口选择时,往往需要考虑很多约束条件,使得探测器与日、地(包括地面点和近地轨道)、月(包括着月点)的相对关系满足月背着陆的需求。首先,奔月轨道需要调整近月点经度和飞行时间,使得环月轨道能够飞临着月点上空,为着陆器登月创造条件。其次,在探测器奔月飞行的过程中,需要考虑太阳能帆板的受晒问题,要求太阳光入射方向与太阳帆板之间的夹角保持在一定范围内。另外,在探测器奔月和登月过程中,要求探测器能够连续测控。

诸多约束的作用并不是相同和均等,有些约束决定发射月窗口,有些约束决定发射日窗口,还有可能有些约束形成两两对立的关系。发射窗口就是在这些约束作用下形成的发射机会的交集。嫦娥四号需要在月背着陆,各种约束关系特别复杂,因此形成的发射窗口只有几分钟。

嫦娥四号探测器发射任务非常短的发射窗口,对火箭的适应能力提出了前所未有的挑战。作为使用液氢、液氧推进剂的低温火箭,一旦因故错过当天的发射窗口,按照以往的研制经验,只能泄出推进剂,再次组织发射,这样将错过当月窗口,发射任务将推迟半年。

为此,火箭系统开展了“低温加注后推迟24小时发射技术”的研究,也就是在火箭完成液氢、液氧低温推进剂加注后,保持连接器不脱落状态下,可以推迟24小时发射。通过这项创新,火箭在低温加注后可以适应2天内多个窗口的发射要求,这在国内尚属首次,在一定程度上提高了火箭对任务的适应能力。

嫦娥四号成功完成“太空刹车”进入环月轨道!三个关键词再回顾嫦娥四号发射

发射飞行精准入轨

有中国航天“大力士”美誉的长征三号乙改进型运载火箭拔地而起,托举着嫦娥四号探测器奔向太空。人类首次在月球背面软着陆任务正式开启。火箭飞行约20分钟左右,器箭分离,嫦娥四号被准确送入地月转移轨道,火箭使命出色完成。随后,嫦娥四号将展开太阳帆板,此时发射取得圆满成功。

嫦娥四号任务要求长三乙火箭将月球探测器发射到远地点约42万公里的轨道,相比嫦娥三号任务的38万公里,嫦娥四号的轨道更远,对火箭入轨精度的要求也更高。为此,火箭研制人员通过组合导航滤波组合算法优化、严选惯组指标等措施提高入轨精度,突破了地月转移轨道高精度入轨技术,较嫦娥三号任务设计入轨精度提高了30%以上,实现了“准时发射、精确入轨”,圆满完成了护送“嫦娥四号”奔月的使命。同时有嫦娥三号探测器奔月轨道中途修正非常精准的成功经验,嫦娥四号同样能够精确控制可以满足近月制动和后续轨道控制的要求。

嫦娥四号成功完成“太空刹车”进入环月轨道!三个关键词再回顾嫦娥四号发射

据悉,已完成“太空刹车”顺利进入环月轨道的嫦娥四号将在环月轨道运行一段时间,调整环月轨道高度和倾角,开展与中继星的中继链路在轨测试和导航敏感器在轨测试,确保探测器最终能进入预定的着陆区,择机实施月球背面软着陆。期待它为我们带来更多关于月球的消息!

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