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见证探月工程每一步!嫦娥四号乘坐的这辆“专列”真了不起

0评论0时间:2018-12-14 09:12  来源:科技日报  作者:付毅飞 通讯员 姜哲  点击:次  字号:

科技日报记者 付毅飞 通讯员 姜哲 

12月8日,长征三号乙遥三十运载火箭从西昌卫星发射中心呼啸而起,成功将嫦娥四号探测器送入地月转移轨道。从嫦娥一号卫星至今,这已是长三甲系列火箭第五次执行探月工程任务,并全部取得成功。由于见证了探月工程的每一步,它被人们亲切地称作“嫦娥专列”。



长三甲系列火箭包括长三甲、长三乙、长三丙三种大型低温液体火箭,承担了我国绝大部分高轨航天器发射任务。它们是长征火箭家族高强密度发射的主力军,也是成功率最高、技术最成熟的火箭系列,有着“金牌火箭”的美誉。


但记者从中国航天科技集团一院了解到,此次托举“嫦娥”的长三乙遥三十火箭,经受了更严格的“探月标准”磨炼。该火箭总指挥金志强说:“执行探月工程任务,要采取特殊保成功措施。”


新技术太多风险大?提前验证


与我国上次探月任务所用火箭相比,长三乙遥三十火箭得到了65项技术改进,分布在发动机、控制系统、测量系统、箭体结构、增压输送系统、发射支持系统等13个分系统中。


为了尽可能减少技术首次应用带来的不确定性,研制团队统筹安排,借长三甲系列火箭执行其他任务时,对各项改进分批进行了飞行验证,以确保安全可靠。


例如在今年10月的一次发射任务中,发动机舱内防水与防热可靠性改进通过了飞行考核;伺服机构可靠性改进,已经在两次以上发射任务中得到验证。


据统计,在“嫦娥四号”发射前,已有60项技术改进提前经过飞行验证,让此次任务的技术风险大幅降低。



产品指标合格就够了?优中选优


产品质量控制是关系任务成败的重中之重,航天产品每一个元器件、零部件都有完备的指标考核体系,任何一个指标出现瑕疵,该产品都会在验收过程中被淘汰。

    

而探月任务选择的产品,指标全部合格还不够,必须优中选优。



金志强介绍,例如此次任务所用低温发动机,就是从同时装配的4台发动机中,选出了性能更优的2台。

    

在产品交付前的检测、试验过程中,研制团队同样用上了“探月标准”。

    

长三乙遥三十火箭总设计师陈闽慷说,例如火箭贮箱,其液压试验、气密试验、氦质谱检漏测试时间均比以往增加了30%,以尽可能寻找产品可能存在的缺陷。

    

在电气系统产品试验中,所有电气产品的通电老炼时间都增加50个小时。在单机产品严格考核基础上,还增加了系统综合试验次数。



发射机会转瞬即逝?多重保障


发射月球探测器需要满足多方面条件要求,因而“嫦娥四号”必须在特定的2天内发射,每天有2个发射窗口。第一个窗口的有效宽度为2分钟,如果错过,要等46分钟后进入第二个窗口,其有效宽度仅1分钟。


为了确保火箭准时发射,研制团队采用了适应多窗口、窄窗口约束的轨道设计技术,对火箭主要分系统和重要单机进行了可靠性设计、采取了冗余改进措施。

    

为了充分利用2天内多窗口的发射机会,他们还开展了“低温加注后推迟24小时发射”技术创新。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,就可以推迟24小时发射。“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。”陈闽慷说。

    

不过这些技术并没有用上。与此前四次探月任务一样,火箭在第一窗口准时飞向了天空。


除了准时发射,要想让探测器顺利飞向月球,火箭运送其进入地月转移轨道的精度也需满足极高要求。研制团队采用激光惯组优选、滤波组合算法优化等手段,使此次任务的设计入轨精度进一步提升,相比嫦娥三号任务提升了30%以上。



相关知识

什么是运载火箭发射窗口?为什么“嫦娥四号”发射窗口只有几分钟?


中国航天科技集团有限公司一院一部钱航:发射窗口指运载火箭发射比较合适的时间范围,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。时间范围的大小也叫发射窗口的宽度。窗口宽度有宽有窄,宽的以小时甚至以天计算,窄的只有几十秒,甚至为零。

选择“嫦娥四号”发射窗口时,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需求。

例如,奔月轨道需要调整近月点经度和飞行时间,让环月轨道临近着月点上空,为着陆器登月创造条件。在探测器奔月飞行过程中,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。

此外在飞行和着陆过程中,还要考虑探测器的连续测控问题。诸多约束条件的作用并不相同,有些决定发射月窗口,有些决定发射日窗口,还有一些约束可能形成对立关系。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”要在月背着陆,各种约束关系特别复杂,因此发射窗口只有几分钟。





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