月球“挖土”，就坐長(zhǎng)五！
11月24日，長(zhǎng)征五號(hào)遙五運(yùn)載火箭托舉嫦娥五號(hào)月球探測(cè)器呼嘯升空。
這是中國(guó)航天科技集團(tuán)一院第六次執(zhí)行探月工程發(fā)射任務(wù)。不同的是，此前任務(wù)均由長(zhǎng)征三號(hào)甲系列火箭完成，而此次發(fā)射的嫦娥五號(hào)探測(cè)器重達(dá)8.2噸，是嫦娥四號(hào)的2倍有余，因此要由我國(guó)目前運(yùn)載能力最大的“胖五”發(fā)射，將其直接送入近地點(diǎn)約200公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)約41萬(wàn)公里的地月轉(zhuǎn)移軌道。
奔月之旅，路途遙遠(yuǎn)，“胖五”為了讓“嫦娥”省點(diǎn)兒力氣，可以說(shuō)貼心至極。
常規(guī)任務(wù)中，為火箭設(shè)計(jì)一條軌道就行了。但此次任務(wù)對(duì)火箭發(fā)射概率和發(fā)射窗口提出了更高要求，為克服臺(tái)風(fēng)過(guò)境影響、提升故障適應(yīng)性，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)精心優(yōu)化設(shè)計(jì)了“窄窗口多軌道”奔月發(fā)射方案。據(jù)一院長(zhǎng)征五號(hào)火箭總體副主任計(jì)師劉秉介紹，與近地軌道任務(wù)相比，探月任務(wù)的軌道設(shè)計(jì)更加復(fù)雜。由于地月距離較遠(yuǎn)，探測(cè)器用于中途修正所需的推進(jìn)劑有限，而地球和月球的相對(duì)位置在不斷發(fā)生變化，還要考慮火箭與探測(cè)器分離后的光照因素，這對(duì)軌道設(shè)計(jì)提出了非常高的要求。
為了讓嫦娥五號(hào)節(jié)省推進(jìn)劑，在研制階段，火箭團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了精細(xì)化的“窄窗口多軌道”關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證攻關(guān)，可以在連續(xù)3天內(nèi)，每天有50分鐘的窗口，每10分鐘一條軌道，共規(guī)劃15條軌道，每條軌道均可以將探測(cè)器準(zhǔn)確送達(dá)目的地。這樣，嫦娥五號(hào)踏上奔月旅程后，可以減少軌道偏差的修正次數(shù)，既能節(jié)省燃料，也能更快地到達(dá)月球。
這項(xiàng)技術(shù)，在今年7月長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭發(fā)射天問(wèn)一號(hào)火星探測(cè)器時(shí)，已經(jīng)得到成功驗(yàn)證。因此，本次任務(wù)雖然要求較高，“胖五”照樣應(yīng)對(duì)自如。
此次任務(wù)中，“胖五”共計(jì)飛行了2200余秒。其間，它在太空完成了一個(gè)高難度動(dòng)作——長(zhǎng)時(shí)間滑行�；校侵富鸺靼l(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)后，火箭靠慣性向前飛行。聽(tīng)上去絲毫不費(fèi)力氣，但實(shí)際上，長(zhǎng)時(shí)間滑行對(duì)一枚火箭特別是一枚零下200多度的“冰箭”來(lái)說(shuō)，可是不小的考驗(yàn)。劉秉說(shuō)，長(zhǎng)征五號(hào)火箭二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)一次關(guān)機(jī)到再次點(diǎn)火，間隔約935秒。在這一開(kāi)一關(guān)之間，“胖五”要完成箭體姿態(tài)調(diào)整、真空狀態(tài)下推進(jìn)劑沉底、低溫發(fā)動(dòng)機(jī)二次啟動(dòng)前預(yù)冷等工作，動(dòng)作非常多。另外，滑行時(shí)間長(zhǎng)，火箭在空間輻射影響下的環(huán)境變化更加復(fù)雜，低溫推進(jìn)劑溫度和貯箱承受的壓力也在不斷變化。在長(zhǎng)征五號(hào)火箭立項(xiàng)之初，研制人員就將長(zhǎng)時(shí)間滑行作為一大關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)其長(zhǎng)時(shí)間滑行適應(yīng)性開(kāi)展了深入細(xì)致的研究，并在長(zhǎng)征五號(hào)火箭數(shù)次飛行中進(jìn)行了驗(yàn)證。嫦娥五號(hào)塊頭大、體重大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了讓它“坐”得更安全、更舒適，研制人員下了不少工夫。他們開(kāi)展了大量的器箭聯(lián)合試驗(yàn)和分析，對(duì)探測(cè)器和火箭所處的電磁環(huán)境、力學(xué)環(huán)境、機(jī)械接口進(jìn)行了多輪綜合優(yōu)化，讓它們的固有頻率錯(cuò)開(kāi)，避免彼此之間產(chǎn)生共振。
在“胖五”身上，還為嫦娥五號(hào)定制了“座椅”。劉秉說(shuō)，通常衛(wèi)星與火箭之間用包帶相連，但最多只能滿(mǎn)足2.8米直徑的連接要求，而嫦娥五號(hào)塊頭太大，與火箭的接口直徑達(dá)到3.1米，包帶連接方式無(wú)法滿(mǎn)足任務(wù)要求。因此長(zhǎng)征五號(hào)火箭上采用了一種低沖擊分離裝置，既在飛行過(guò)程中連接得安全可靠，又能在器箭分離時(shí)降低沖擊。
此外，長(zhǎng)征五號(hào)火箭整流罩上還專(zhuān)門(mén)為嫦娥五號(hào)設(shè)置了15個(gè)操作口和透波口，以便進(jìn)行操作和傳輸數(shù)據(jù)。據(jù)介紹，此次任務(wù)火箭整流罩的開(kāi)口數(shù)量和總面積超過(guò)了以往發(fā)射任務(wù)，對(duì)整流罩的設(shè)計(jì)及發(fā)射場(chǎng)聯(lián)合操作提出了更高要求。
（付毅飛）
