澎湃新聞2020年11月24日訊長征五號火箭發(fā)射嫦娥五號是今年最具“分量”的發(fā)射。
11月24日4時(shí)30分，伴隨著撼天動地的轟鳴聲，長征五號火箭騰空而起，經(jīng)過2200多秒的飛行，成功將嫦娥五號探測器送入地月轉(zhuǎn)移軌道，探月工程第三步正式拉開序幕。
嫦娥五號是我國探月工程“繞、落、回”三步走的收官之戰(zhàn)，將實(shí)現(xiàn)我國首次月球無人采樣返回任務(wù)，意義重大、影響深遠(yuǎn)。
這是長征五號系列火箭今年第三次執(zhí)行發(fā)射任務(wù)，也長征五號系列運(yùn)載火箭的第六次發(fā)射。今年5月5日，長征五號B遙一火箭成功首飛；7月23日，長征五號遙四運(yùn)載火箭成功發(fā)射了“天問一號”火星探測器。
嫦娥五號發(fā)射任務(wù)是長征五號火箭立項(xiàng)研制后較早明確的國家重大工程任務(wù)。歷經(jīng)十年，“大火箭”終于與“嫦娥”攜手奔月，舉國關(guān)注、舉世矚目。那么，此次發(fā)射有哪些看點(diǎn)呢？
看點(diǎn)一：今年最具“分量”的發(fā)射
有“胖五”之稱的長征五號火箭大家并不陌生，這款由中國航天科技集團(tuán)一院研制的大推力運(yùn)載火箭起飛重量約870噸，地球同步轉(zhuǎn)移軌道（GTO）運(yùn)載能力可達(dá)14噸，是目前我國運(yùn)載能力最大的火箭，可以說是名副其實(shí)的“大力士”。
此次長征五號火箭發(fā)射的嫦娥五號月球探測器重達(dá)8.2噸，是我國目前發(fā)射的重量最重的探測器，嫦娥五號探測器需要進(jìn)入近地點(diǎn)200公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)41萬公里的地月轉(zhuǎn)移軌道，對運(yùn)載火箭的能力提出了很高的要求。
“在長征火箭家族中，只有長征五號運(yùn)載火箭可以將這么重的載荷直接送入地月轉(zhuǎn)移軌道，這是對運(yùn)載火箭能力的集中檢驗(yàn)，也是對中國航天能力的最佳注解?！遍L征五號火箭第一總指揮、一院黨委書記李明華介紹說。
此次發(fā)射的“分量”還體現(xiàn)在長征五號火箭的技術(shù)創(chuàng)新與管理創(chuàng)新上。由于地月相對位置以及軌道設(shè)計(jì)等因素的限制，此次發(fā)射是一次接近于“零窗口”的發(fā)射，火箭的發(fā)射窗口只有五十分鐘，一旦在發(fā)射窗口時(shí)間內(nèi)不能實(shí)施發(fā)射，嫦娥五號的奔月計(jì)劃就會受到影響。
為了確?；鸺郎?zhǔn)時(shí)發(fā)射，研制團(tuán)隊(duì)采用了變射向、變滑行時(shí)間的多軌道奔月發(fā)射方案，應(yīng)用“窄窗口多軌道”技術(shù)。長征五號運(yùn)載火箭總設(shè)計(jì)師李東解釋說，針對五十分鐘的發(fā)射窗口分別設(shè)計(jì)了五條發(fā)射軌道，每條軌道對應(yīng)十分鐘的發(fā)射窗口，在發(fā)射窗口期內(nèi)，可根據(jù)發(fā)射時(shí)間通過軟件自動選擇發(fā)射軌道，提高了軌道切換效率，為火箭實(shí)現(xiàn)“零窗口”發(fā)射奠定了基礎(chǔ)。
此外，作為大型低溫火箭，長征五號火箭在發(fā)射日的工作項(xiàng)目繁多而復(fù)雜，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都可能導(dǎo)致火箭發(fā)射時(shí)間的推遲，甚至錯過發(fā)射窗口。為了確保發(fā)射日工作精準(zhǔn)、高效開展，研制團(tuán)隊(duì)在管理上也采取了創(chuàng)新的方法，通過發(fā)射日流程精細(xì)化管理，對發(fā)射前流程進(jìn)行精細(xì)化再造，從過程、崗位和設(shè)施維度分別開展梳理和設(shè)計(jì)，把崗位職責(zé)、工作要求和發(fā)射流程有機(jī)融合，形成了可以指導(dǎo)工作的項(xiàng)目細(xì)化表以及工序作業(yè)指導(dǎo)書，對發(fā)射日當(dāng)天的各項(xiàng)工作提供直接、有效的指導(dǎo)。
“采用發(fā)射日流程精細(xì)化管理后，發(fā)射日當(dāng)天的每一個階段、每一個項(xiàng)目和每一到工序都有清晰、明確的要求和指導(dǎo)，每個崗位在什么時(shí)間做什么事情、達(dá)到什么標(biāo)準(zhǔn)、杜絕什么問題，都一目了然，提高了發(fā)射日的工作效率，有效防止了低層次問題的發(fā)生?！遍L征五號火箭總指揮王玨指出。
看點(diǎn)二：中國航天史上四個“首次”
作為我國探月工程“繞落回”三步走中的最后收官之戰(zhàn)，中國航天科技集團(tuán)有限公司五院研制的嫦娥五號將有望實(shí)現(xiàn)我國航天史上的四個“首次”。
第一個“首次”是首次月面采樣返回。作為此次任務(wù)的核心關(guān)鍵之一，月球表面自動采樣封裝是嫦娥五號任務(wù)中最引人注目的一個環(huán)節(jié)。在這個階段，嫦娥五號將在月面選定區(qū)域著陸并采集月壤，實(shí)現(xiàn)我國首次月面自動采樣。采集約2千克月壤并進(jìn)行密封封裝，經(jīng)月面起飛、月球軌道交會對接、月地轉(zhuǎn)移和再入回收等過程將月球樣品安全送回地球。
1970年9月，蘇聯(lián)發(fā)射的“月球”16號是人類歷史上第一個實(shí)現(xiàn)在月球上自動取樣并返回地球的無人探測器，其將101克月球樣品帶回地球。
第二個“首次”是首次月面起飛上升。當(dāng)嫦娥五號完成月面工作后，上升器就要帶著采集的月球樣品起飛上升，與軌返組合體對接。這是一個高難度科目。運(yùn)載火箭在地球起飛是有一套完備的發(fā)射塔架系統(tǒng)的，點(diǎn)火起飛位置也經(jīng)過了精確測算，飛行軌道也是一遍遍計(jì)算好的。而月面起飛就不一樣了，它沒有一馬平川的起飛地，更沒有成熟完備的發(fā)射塔架，著陸器就相當(dāng)于上升器的發(fā)射塔架。
而月球表面環(huán)境復(fù)雜，著陸器不一定是四平八穩(wěn)的狀態(tài)，很有可能落在斜坡上或者凸起、下凹等不同的地形上。這就給起飛帶來了很大的難度。此外，還要克服地月環(huán)境差異、發(fā)動機(jī)羽流導(dǎo)流空間受限等難題。月面起飛的時(shí)候，還無法像運(yùn)載火箭一樣在地面發(fā)射前由地面人員完成測調(diào)和確認(rèn)，必須依靠航天器“自力更生”，實(shí)現(xiàn)起飛時(shí)自主定位、定姿。為了確保上升器能夠順利起飛上升，航天科技集團(tuán)五院嫦娥研制團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)驗(yàn)證，并建立了一整套環(huán)環(huán)相扣的系統(tǒng)保證任務(wù)，為嫦娥五號勝利邁出回家一步保駕護(hù)航。
第三個“首次”是首次實(shí)現(xiàn)月球交會對接。當(dāng)著陸器托舉上升器實(shí)現(xiàn)月面起飛上升后，僅僅依靠上升器是不可能實(shí)現(xiàn)返回地球的，它需要飛到月球軌道上，在這里與軌返組合體交會對接，把采集到的月壤轉(zhuǎn)移到返回器。
2011年，神舟八號載人飛船與天宮一號目標(biāo)飛行器實(shí)現(xiàn)了我國首次空間交會對接試驗(yàn)。經(jīng)過幾十年的實(shí)踐探索，我國在載人航天領(lǐng)域已經(jīng)熟練掌握了近地軌道交會對接技術(shù)，但從來沒有在38萬公里外的月球軌道上進(jìn)行交會對接。嫦娥五號探測任務(wù)的無人交會對接不僅在我國尚屬首次，而且也是人類航天史上的第一次。
嫦娥五號采用具有世界先進(jìn)水平的月球軌道交會對接技術(shù)，但這為航天科技集團(tuán)五院嫦娥五號研制團(tuán)隊(duì)帶來了極大的挑戰(zhàn)。為此，從上升器進(jìn)入環(huán)月飛行軌道開始，一直到軌返組合體與上升器完成對接與樣品轉(zhuǎn)移為止，設(shè)計(jì)師們?yōu)殒隙鹞逄栐O(shè)計(jì)了交會、對接、組合體運(yùn)行、軌返組合體與對接艙分離等一系列關(guān)鍵動作，助推嫦娥五號實(shí)現(xiàn)完美對接。
第四個首次是首次帶月壤高速再入返回地球。當(dāng)返回器帶著月壤從38萬公里遠(yuǎn)的月球返回地球時(shí)，飛行速度是接近每秒11公里的第二宇宙速度，而一般從近地軌道返回的航天器速度大多為每秒8公里的第一宇宙速度。以這樣的速度進(jìn)入大氣層，很容易因高溫而被燒毀。要在進(jìn)入大氣層階段把速度降下來，所以飛行試驗(yàn)器返回艙選擇了半彈道“跳躍式”再入返回技術(shù)。這就像在太空打水漂一樣，整個再入返回過程就是讓返回器先是高速進(jìn)入大氣層，再借助大氣層提供的升力躍出大氣層，然后以第一宇宙速度扎入大氣層，返回地面。整個過程環(huán)環(huán)相扣，確保返回艙能安全順利地降落在四子王旗著陸場。
看點(diǎn)三：一年不到，完成4次高密度發(fā)射
2016年11月3日，歷經(jīng)十年研制的長征五號火箭首飛取得圓滿成功，突破了以大直徑箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造與試驗(yàn)、三型大推力發(fā)動機(jī)等為代表的12大類247項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，讓我國火箭的運(yùn)載能力達(dá)到了25噸級，多項(xiàng)重要性能指標(biāo)進(jìn)入世界前列。
2017年7月2日，長征五號遙二火箭經(jīng)歷一次失利，其后908天，研制團(tuán)隊(duì)負(fù)重前行，徹底攻克了發(fā)動機(jī)技術(shù)難題，2019年12月27日，長征五號遙三火箭實(shí)現(xiàn)了“王者歸來”。
去年長五遙三復(fù)飛以來，我們總共執(zhí)行了四發(fā)飛行試驗(yàn)任務(wù)，工作量非常飽滿。對于長征五號這一大型新研火箭來說，在不到一年的時(shí)間內(nèi)連續(xù)完成4次的高密度發(fā)射，而且每一次都是重大任務(wù)，需要全體研制人員完全投入。
一發(fā)長征五號火箭的總裝時(shí)間大概是三個月，總測時(shí)間是一個月，進(jìn)入發(fā)射場以后完成整個流程是兩個月，也就是說準(zhǔn)備一發(fā)長五火箭大約需要六個月。為實(shí)現(xiàn)一年4次發(fā)射任務(wù)，基本是幾發(fā)任務(wù)同時(shí)并行開展，對于長征五號火箭本身而言也是高密度發(fā)射。當(dāng)一發(fā)火箭在發(fā)射場發(fā)射，另一發(fā)火箭就在總裝總測，長五研制團(tuán)隊(duì)分為幾撥，分別在北京、天津、文昌同步開展工作，確保了一年四發(fā)任務(wù)的完成。
根據(jù)規(guī)劃，計(jì)劃在未來2-3年內(nèi)，應(yīng)用長征五號B運(yùn)載火箭，發(fā)射載人空間站的核心艙和試驗(yàn)艙，完成載人空間站的主體建設(shè)。“十四五”期間，長征五號火箭還將在深空探測、星際探測中扮演重要角色。不論是行星探測還是小行星探測，長征五號火箭強(qiáng)大的運(yùn)載能力都是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的重要支撐，不僅可以讓探測器攜帶更多科學(xué)探測設(shè)備，還可以在軌道設(shè)計(jì)上擁有更多選擇，節(jié)省燃料、節(jié)約周期。
在發(fā)射高軌大衛(wèi)星方面，長征五號火箭依然是唯一選擇；同時(shí)，在發(fā)射低軌衛(wèi)星方面，長征五號火箭也可通過“一箭多星”的方式實(shí)現(xiàn)快速組網(wǎng)，大幅縮短星座組網(wǎng)周期。因此，長征五號火箭也將迎來高密度發(fā)射。
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