嫦娥三号将加注低温推进剂飞天前4分半钟完成

中国航天 · 2016-11-22 18:26:50

今天上午，记者再次走进发射前的西昌卫星发射中心，为即将出征的“嫦娥三姑娘”送行。西昌发射中心，坐落在西昌城北60公里的峡谷中。卫星发射测试，指挥控制，跟踪测量，通信，气象，勤务保障六大系统的相应场区，都分散在峡谷之中的不同区域。76米高的发射塔架和300多米高的避雷塔，巍峨地耸立于峡谷的底端。这里是一个三面环山，向东南开口的半封闭小盆地，面积约2平方公里。　　大山深处的西昌卫星发射中心发射场，静谧而肃穆。今天上午，已经确认了嫦娥三号的状态监测，下午5点半开始加注低温燃料。这里的一切准备工作都在静悄悄地进行着，发射场一片空寂，平静之下掩藏着航天人激动的心情和焦急的渴望。　　高高的发射塔巍然耸立，银白色塔体上，“中国西昌卫星发射中心”几个大字遒劲有力，一座高达97米的活动塔将发射架包裹起来，人们只能通过活动塔上方看到一截白色的整流罩，整装待“嫁”的“嫦娥三姑娘”羞涩地藏于“闺中”，静待出征。　　工作人员介绍，塔架由11层工作平台和相对应的电缆提杆组成，同时对星箭进行吊装对接，加注燃料和垂直测试。下午5点半，活动塔将张开双臂，放开紧紧拥在怀里的“嫦娥三姑娘”，活动塔会坐着铁轨移动到不远处，只剩下嫦娥三号与发射塔架等待着飞天的紧张一刻。　　低温推进剂加注早晚一分都不行　　今天上午，西昌卫星发射中心已进入发射前工作程序。火箭常规推进剂昨天已经开始加注，预示火箭进入发射程序。今天下午，在发射前数小时，质量更轻、能量更高的低温推进剂也将被加注。　　任务发射场区指挥部副指挥长赵民介绍，西昌卫星发射中心作为我国唯一使用低温推进剂的发射场，使用的低温推进剂包括液氢、液氧和液氮。加注液氮和液氧必须滴液不漏。此外，加注低温推进剂的时间不能早一分或晚一分，早一分就会造成挥发，晚一分又有可能错过发射窗口。因此，低温推进剂加注一直到发射前4分半钟才能完成。操作中既要防冻伤，又要防明火、静电等。　　赵民介绍说，中心已形成了一整套防护方法，包括加强现场管理，禁止手机、打火机等进入加注现场50米范围内；研发了氢报警装置；进入加注程序后，一律使用防爆电源等。　　气象预报误差不能超过一摄氏度　　在嫦娥三号发射任务中，发射场气象部门主要承担两项任务：一是提供高空风探测数据，二是提供天气温度的预报。　　世界航天史上，曾有过因高空风问题导致失败的案例。11月、12月的西昌处于高空风的多发期，这给嫦娥三号任务的成功发射增加了难度。中心对近40年的气候资料进行分析比对，对8000米到12000米的高空风进行精确预测，气温预报误差不超过一摄氏度。同时，火箭自身也采取了很多防止高空风的设计和措施。目前预测，发射当天天气状况良好。　　“12月份，西昌的降雨雷暴较弱，影响火箭发射主要是高空风，它直接影响着火箭的飞行轨道。”西昌卫星发射中心高级工程师江晓华说。　　气温是影响嫦娥三号发射的另一重要因素。“因为低温火箭的助推剂是液氢液氧，对温度有着极高的要求。”江晓华说，液氢的温度是零下253摄氏度，液氧是零下183摄氏度。随着空气温度的变化，燃料挥发程度也不同，这直接影响着加注量。如果不能准确预报场区发射时刻的温度，液氢液氧加注量的变化将影响火箭的推力。　　“嫦娥三号卫星的发射‘窗口’——也就是适宜发射的时间范围只有3天，不像其他任务每天都是‘窗口’，这对气象预报的要求更高。”江晓华说。　　“我们开展了区域精细化预报：逐时逐段精确预报以发射塔为中心3公里范围的气温、湿度、云量、地面风、高空风等气象情况，为探测器创造最好的奔月条件。”发射中心气象室主任汪正林说。　　气象人员对场区30多年来的高空风探测资料进行了详细统计分析，建立了天气预报模型。随着发射时间的临近，对高空风的探测次数不断增加。　　“为了能准确预报发射场区发射阶段的气温，我们确定的预报温度误差标准不能超过一摄氏度。”江晓华说，发射中心拥有较为完善的雷电预警系统，可以将发射场区雨季短期预报、雷电综合预报的准确率提高到95%以上。　　除了对发射场区的气候资料进行专题统计、分析研究外，他们还通过欧洲中心气象局、国家气象局和基地区域小范围预报，分析发射场区情况。　　火箭发射　　四大挑战　　探月工程发射场系统副指挥长赵民在接受记者采访时说，嫦娥三号技术状态新、要求标准严、技术难度大，火箭发射要克服四大挑战。　　低温燃料加注。长征三号乙运载火箭三级采用的是液氢、液氧推进剂。液氢的保存温度为零下253摄氏度，液氧的保存温度为零下183摄氏度，在加注时燃料不可避免地产生挥发，所以必须精确计算燃料的加注量。如果第一窗口不能发射，还涉及将液氢液氧的卸出问题，极易使火箭保温箱发生损坏，不仅会影响低温燃料的再次加注，还可能导致爆炸。　　气候复杂多变。西昌属山区地形，素有“十里不同天”之称，气候变化频繁。此外，火箭低温燃料加注对温度变化要求很高，这些无疑给气象预报增加了不小的难度。　　“零窗口”发射要求高。嫦娥三号任务是多窗口、窄宽度发射。12月共有3天6个窗口。发射窗口最长4分钟，最短的仅为1分钟，对发射的精准度要求很高。一旦第一个发射窗口不能发射，必须要尽快进入第二个发射窗口的工作状态。根据任务安排，第一个发射窗口与第二个发射窗口间隔仅40多分钟，所以转换难度很大，对快速确定不同参数等方面提出更高要求。　　多重任务交叉重叠。发射场在执行嫦娥三号任务时，还承担了其他航天器的发射任务。这给发射中心及各系统间的组织指挥、统筹协调、质量监督和人员调配提出挑战。　　火箭系统　　六大改进　　“嫦娥三号”任务运载火箭系统总设计师姜杰介绍，任务对火箭系统在运载能力等方面提出了更高的要求，火箭系统也实现了六大改进来应对新的挑战。　　由于嫦娥三号比嫦娥二号重了1000多公斤，入轨精度提高3倍多，需要突破多项技术才能满足发射要求，因此托举嫦娥三号探测器奔月的重任交给了长征三号乙改进型火箭。这一型号的火箭长56米多，捆绑有4个助推器，起飞重量约456吨，也是目前中国运载能力最强的三级液体火箭。它的任务是将嫦娥三号送到近地点200公里，远地点约38万公里的地月转移轨道。　　此次嫦娥三号任务是多窗口、窄宽度发射。“3天6个发射窗口，每个窗口的发射时间间隔非常短。”姜杰介绍，相比嫦娥二号任务，嫦娥三号任务对运载火箭系统的运载能力、入轨精度、发射窗口、适应能力等方面提出了更高的要求。　　为适应任务要求，火箭系统实现了“六大改进”。不仅对火箭的运载能力、高精度导航制导能力、可靠性、适应性、多窗口发射能力等方面作了改进，火箭的箭身上还加装了一组摄像头，可以看到飞行过程中的重要分离动作。　　比如，由于此次嫦娥三号探测器与此前的嫦娥一号、二号在外形结构上有较大变化，因此火箭设计了新的探测器支架，也就是火箭与探测器之间的机械连接机构，以提高火箭的适应性。“全新的支架结构可以保证在飞行过程中，探测器‘坐’在火箭上能够可靠、舒适、安全。”据了解，此次任务是自1994年首飞以来，长三甲系列的第58次发射任务，同时也是长三乙这一型号的第25次发射。　　落月探测　　　1　　嫦娥三号从距离月面15公里高度的近月点开始下降，自由降落到约100米的距离后，反冲小火箭开启，造成阻力，减速下降。　　利用微波测距敏感器、激光测距敏感器等进行对月测距测速，利用光学成像敏感器等进行避障。　　2　　在距离更为接近月球表面时，嫦娥三号则会悬停一段时间，选择最佳着陆点。确定目标后，在距月球表面约4米高度时，发动机熄火关机，稳稳降落。　　3　　着陆后将释放巡视器——“玉兔号”月球车。月球车首先会被移动到转移机构上，通过转移机构离开着陆器。　　“玉兔号”月球车离开着陆器，抵达月面。着陆器和“玉兔号”进入工作状态。月昼时，着陆器就地展开科学探测，“玉兔号”则在月面巡视勘察。月夜时，设备断电休眠，依靠同位素热源 4　　保持温度；月夜后，通过光照自主唤醒。着陆器将在月面工作一年，“玉兔号”将巡视勘察3个月。

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嫦娥探月 嫦娥三号将加注低温推进剂 飞天前4分半钟完成

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