“嫦娥三号”奔月窗口有讲究

中国航天 · 2016-11-22 18:29:14

500)this.style.width=500;" onmousewheel="return bbimg(this)">　　火箭整流罩合罩　　每天4+1分钟——史上最窄窗口 　　12月2日，长征三号乙改进型运载火箭成功穿越中国发射史上的最窄窗口，将嫦娥三号探测器顺利送入预定轨道，展示了“三姑娘”（嫦三）婀娜的身姿，也在中国运载火箭发射史上留下了浓墨重彩的一笔。　　“保证连续三天每天有两个窗口可以发射”，这是探月工程总体对嫦三任务提出的发射要求。为此，火箭研制团队设计师们进行了大量运算和逐日搜索，最终找到了位于12月上旬的连续三天，并在每天确定了两个发射窗口，一共6个窗口。　　每天的第一个窗口宽度都是4分钟，如果错过这个窗口，再等50分钟，可以进入第二个发射窗口，宽度为1分钟。据了解，这种多窗口、窄窗口的设置是史无前例的，也对屡建功勋的长三乙提出了新的更高要求。　　“这次发射任务的窗口是我们发射航天器时所遇到的最窄的。”主任设计师胡炜介绍，“虽然每天有两个窗口，但是时间都很短，所以要求火箭问题率低，且出现问题能够快速排除，保证发射成功。”　　3天6个窗口——降低发射风险　　一天两个窗口可以给发射提供更多处理问题的机会，减低一天一个窗口存在的风险，提高了火箭发射的成功率，同时也让工程参与人员心里更有底数。3天6个窗口对应6条轨道，每条轨道对应的滑行时间、近地点幅角等都不一样，所以需要工程各方协调配合。　　据介绍，此次发射窗口是通过一年的时段进行搜索后确定的。长三乙的任务是通过6条轨道中的一条，将嫦娥三号送入地月转移轨道，使其能沿着该轨道飞行，从而进入环月轨道。　　要递好轨道对接的“接力棒”，需要火箭和探测器两个研制团队通过计算使相应的两根轨道进行匹配。轨道匹配就是轨道根数能对上，即时间和空间的位置匹配好，如果对不上，探测器将无法到达月球。所以每条完整的轨道都是通过双方计算轨道的闭合形成。　　计算12条轨道——堪比一年工作量　　长三乙总设计师姜杰介绍：“嫦一与通讯卫星的发射，对火箭均没有太高的要求，火箭只需将卫星送到地球同步转移轨道，卫星再按照控制要求变轨。而嫦三任务则是要将探测器送到地月转移轨道，所以要考虑地球、月球、太阳三个星体的运动，这对轨道设计提出了非常高的要求。”　　据了解，轨道交接是逐日测算的，一般情况下，算一条合适的轨道需要几个月。嫦三任务确定的6条轨道是从上万条轨道中筛选出来的，且每条轨道后还有一条钝化段轨道。该轨道可使火箭通过钝化措施，将多余的燃料和能量卸掉，从而减少产生太空垃圾。　　因此，6条轨道加上对应的钝化段轨道，嫦三发射任务共计算了12条轨道。如果按长三乙一年发射10次卫星、每次一条轨道计算，嫦三的轨道计算量相当于以往一年的工作量。　　姜杰讲了这样一个小插曲：“有一个负责轨道计算工作的设计人员在完成阶段性工作后晕倒了。我们到医院看望，他见到我的第一句话是‘姜总，我已经把剩余的计算工作和同事交代好了’。”　　除了设计工作，火箭的控制、测量等分系统的测试都是按照轨道情况进行的，所以要做12个相应状态的测试。此外，6条轨道都要有设计结果和验证，所以这一发火箭的工作量可以比肩平日里的6发。长三乙副总设计师刘建忠说：“相比发射嫦二的长三丙，我们现在的任务翻了两倍。相对于普通卫星发射任务，轨道设计人员工作量翻了6倍。”　　精度提高3倍——如同定位到点　　此次发射之所以选择窄窗口，是因为任务精度要求大幅提高。　　“发射精度要求高了三倍多。如果说嫦娥二号可以发射到一条线上，嫦娥三号就只能发射到一个点上，而这种控制需要通过窄发射窗口实现。同时，此次发射采用了双激光惯组加卫星导航修正的复合制导技术，可保障探测器高精度入轨。”姜杰说。　　无论窗口宽窄，运载火箭一般都希望在窗口的前沿发射，以便出现问题后可以有整个窗口时间反应和处理。窄窗口则给人们留下了更少的机动时间，相应地对工作人员的要求更加严格。　　为了保证窄窗口发射不出问题，工作人员对总体控制、测量、利用等分系统进行了改进，但并不是单靠增加冗余，而是在复杂性和可靠性之间进行仔细的权衡。　　胡炜形象地比喻道：“开车去上班，不能因为怕出问题，就后面再跟一辆车。而是要保证汽车可靠一些，可以放些备胎之类的部件。”因此，此次长三乙除了采取一直表现出色的电器冗余，还为动力系统的气路、液路、阀门、减压器等以前较难冗余的系统设计了多套方案，进行了优化。　　据了解，该系列火箭已经成功发射50余次，各个系统的应急预案加起来达500多项。除此之外，任务团队还有联动预案，并且针对这次发射都做了修订。一些预案在出厂测试时进行了演练，有些预案在到达西昌之后完成了预演。(胡逢超王旭)

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