“大火箭”成功送“嫦娥五号”奔月！揭秘三大看点

2020-11-24 16:41 来源：中国运载火箭技术研究院微信公众号

　　11月24日4时30分，海南文昌发射场，长征五号遥五火箭托举“嫦娥五号”月球探测器呼啸升空。随后，“嫦娥五号”成功入轨，发射取得圆满成功！

　　长征五号运载火箭奔向苍穹

　　点火升空史啸摄

　　一箭穿云史啸摄

　　探月三期工程收官之战

　　长征五号遥五火箭张翰摄

　　我国探月工程分为“绕、落、回”三步走，“嫦娥五号”将执行月球采样返回任务，完成最后一步——回。因此，此次任务意义重大，是我国探月三期工程的收官之作，发射的成功为探月三期工程的圆满完成奠定了重要基础。

　　这是火箭院第6次执行探月工程任务，此前均由长征三号甲系列火箭完成，先后将“嫦娥一号”“嫦娥二号”“嫦娥三号”“嫦娥五号T1再入返回飞行器”和“嫦娥四号”送入预定轨道，发射成功率100%。

　　2007年10月24日

　　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“嫦娥五号T1再入返回飞行器”，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”，执行月面采样返回任务。

　　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倍还多，因此要由我国运载能力最大的长征五号火箭来发射，将其送到近地点约200公里、远地点约40万公里的地月转移轨道。

　　火箭吊装史啸摄

　　“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，举国关注、举世瞩目，发射凸显三大看点。

　　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”姑娘省点儿力气，可以说贴心至极。

　　常规任务，一枚火箭有一条轨道就行了。探月三期工程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3天、每天连续50分钟的主份和备份多轨道奔月发射方案。

　　驶出垂直总装测试厂房张翰摄

　　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”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，每条都可以将探测器准确送入预定轨道。这样的话，“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，在我国首次火星探测任务，也就是几个月前，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。

　　由技术区转入发射区张翰摄

　　看点二:为了奔月，“大火箭”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多度的“冰箭”来说，可是个不小的考验。

　　整装待发张翰摄

　　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900余秒。在这一开一关之间，‘大火箭’需要完成箭体姿态调整、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。”

　　为了确保“嫦娥五号”发射万无一失，研制人员将长时间滑行作为一大关键技术加以攻克，对“大火箭”长时间滑行适应性开展了深入细致的研究工作，并在长征五号火箭首飞以及后来的多次飞行中得到了成功验证。

　　看点三:“座椅”更舒适、更安全

　　到达月球后，“嫦娥五号”要降落到月球，在月面采样后返回地球，因此“嫦娥五号”既包含轨道器、着陆器，也包含上升器、返回器，结构更复杂、块头更大、重量更重。

　　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。

　　器罩组合体史啸摄

　　刘秉介绍：“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’坐得舒舒服服、稳稳当当。”

　　在长征五号火箭上，“嫦娥五号”的“座椅”是定制的。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，以往的包带连接方式最大只能满足2.8米直径的连接要求，而“嫦娥五号”与火箭的接口直径达到了3.1米，传统的包带连接已无法满足“嫦娥五号”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设置了15个操作口和透波口，以便于“嫦娥五号”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提出了更高的要求。