“火箭的作用就像梯子，有了它，探測(cè)器才能一步步升到月球。”航天科技集團(tuán)嫦娥三號(hào)運(yùn)載火箭系統(tǒng)總指揮岑拯說。

相比一號(hào)、二號(hào)，嫦娥三號(hào)任務(wù)更加復(fù)雜，發(fā)射要求更高，為了搭好“升空天梯”，研究人員對(duì)火箭系統(tǒng)做了多方面的改進(jìn)。

更大運(yùn)載、更高精度、更加可靠

承擔(dān)嫦娥三號(hào)發(fā)射任務(wù)的長(zhǎng)征三號(hào)乙改進(jìn)型火箭，是長(zhǎng)征三號(hào)乙火箭的升級(jí)版。岑拯介紹，嫦娥三號(hào)比嫦娥二號(hào)重了1300多公斤，采用該型號(hào)火箭首先看重的就是它的運(yùn)載能力。據(jù)介紹，發(fā)射嫦娥二號(hào)的長(zhǎng)征三號(hào)丙運(yùn)載能力為3.8噸，而長(zhǎng)征三號(hào)乙火箭可達(dá)5.5噸。

研制時(shí)，火箭的狀態(tài)參數(shù)已經(jīng)基本確定。后來探測(cè)器增重，需要火箭系統(tǒng)再提供30公斤運(yùn)載能力，研究人員做起了“加減法”：一方面提高火箭的運(yùn)載能力，另一方面則減輕火箭自重。

航天科技集團(tuán)嫦娥三號(hào)運(yùn)載火箭系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師姜杰表示，為了讓火箭“瘦身”，研究人員將金屬瓶子換成碳纖維的瓶子，減掉儲(chǔ)箱里邊的防晃板，為探測(cè)器騰出了10多公斤的載重空間。

除了載重，嫦娥三號(hào)發(fā)射精度要求也更高。據(jù)介紹，相比二號(hào)，三號(hào)的入軌精度要求差不多高了3倍。

為了滿足精度要求，研究人員采用了慣導(dǎo)和衛(wèi)星導(dǎo)航復(fù)合的制導(dǎo)技術(shù)。“這就好比給火箭裝了‘兩只眼睛’。”姜杰說，兩者結(jié)合的制導(dǎo)，完全可以滿足嫦娥三號(hào)任務(wù)對(duì)火箭的精度要求。同時(shí)由于整個(gè)控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)器件和設(shè)備是冗余配置的，所以控制系統(tǒng)里面某一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)問題仍然可以保證穩(wěn)定飛行，保證入軌精度。

為滿足嫦娥三號(hào)可靠性上的更高要求，科研人員還對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)和增壓輸送系統(tǒng)做了大量改進(jìn)工作。姜杰表示，經(jīng)測(cè)驗(yàn)，長(zhǎng)征三號(hào)乙改進(jìn)型火箭可靠性由原來的0.938提高到現(xiàn)在的0.942，而這看似一點(diǎn)點(diǎn)的提升，其實(shí)得益于很多新技術(shù)的應(yīng)用。

她認(rèn)為，我國(guó)現(xiàn)役的火箭，從當(dāng)前的發(fā)射成功率、發(fā)射的密度來看，可靠性應(yīng)該說基本上達(dá)到世界的先進(jìn)水平。

6套發(fā)射方案、攝像頭直播飛行

要使火箭和探測(cè)器進(jìn)到發(fā)射場(chǎng)順利發(fā)射，客觀上要求能夠提供多次發(fā)射的機(jī)會(huì)，為此科研人員確定了3天6次發(fā)射機(jī)會(huì)的預(yù)案，即提供了6個(gè)達(dá)到發(fā)射要求的窗口。

由于6條地月轉(zhuǎn)移軌道，入軌參數(shù)完全不同，整個(gè)飛行的軌道也不同。加上發(fā)射窗口之間的間隔時(shí)間非常短，給研究人員帶來了很大的挑戰(zhàn)。

“6個(gè)窗口的設(shè)計(jì)工作，相當(dāng)于干了通常衛(wèi)星發(fā)射6倍的活。”姜杰表示，軌道設(shè)計(jì)人員經(jīng)過上萬條軌道的優(yōu)化仿真，才設(shè)計(jì)出3天6條的發(fā)射路徑。

姜杰表示，因?yàn)橐ＷC每一條軌道一個(gè)時(shí)刻的發(fā)射要求，就要把6種狀態(tài)準(zhǔn)備好，使得任何一種狀態(tài)都可以實(shí)現(xiàn)發(fā)射。這就涉及系統(tǒng)的很多改動(dòng)，火箭運(yùn)載系統(tǒng)最大的工作量就在這里。

“火箭必須在設(shè)計(jì)的3天中發(fā)射出去，如果這3天打不出去就只能等明年了。”姜杰說。

與之前發(fā)射不同，嫦娥三號(hào)有一個(gè)著落的探測(cè)器。為此，研究人員為它研制了一個(gè)衛(wèi)星支架適配器和縮緊裝置，充當(dāng)嫦娥三號(hào)的座椅，支撐著探測(cè)器。

據(jù)介紹，這個(gè)衛(wèi)星支架適配器直徑1750毫米，高度1760毫米。而器件縮緊裝置就相當(dāng)于一個(gè)腰帶，靠這個(gè)腰帶把嫦娥三號(hào)系住，等到送達(dá)預(yù)定軌道的時(shí)候，再解開系扣。

為了時(shí)刻直觀地反映火箭飛行的過程，運(yùn)載火箭系統(tǒng)研究人員還開發(fā)了遙測(cè)圖像傳輸技術(shù)。

據(jù)介紹，研究人員在火箭上裝了3個(gè)攝像頭，一個(gè)是看助推器分離，然后看一、二級(jí)分離，再看二、三級(jí)分離，同時(shí)通過攝像頭還能看到整流罩的分離以及探測(cè)器與火箭的分離。另外，還在火箭的三級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)艙配備了一個(gè)攝像頭，這樣就能看到三級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火關(guān)機(jī)。

姜杰介紹，火箭發(fā)射關(guān)鍵動(dòng)作的時(shí)時(shí)監(jiān)視非常重要，前兩年美國(guó)金牛座火箭和韓國(guó)羅老號(hào)火箭的飛行失利，就是因?yàn)榉蛛x系統(tǒng)出了問題。而因?yàn)闆]有直接數(shù)據(jù)，對(duì)故障定位過程通常比較艱難，原因也很難查找。有了遙測(cè)圖像傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)時(shí)時(shí)監(jiān)視，通過視頻監(jiān)視，就能在現(xiàn)場(chǎng)判斷哪塊沒分離好。

岑拯介紹，火箭運(yùn)載系統(tǒng)運(yùn)用于嫦娥三號(hào)的6項(xiàng)技術(shù)，一多半已經(jīng)經(jīng)過了飛行的驗(yàn)證，沒有經(jīng)過飛行驗(yàn)證的，研究人員通過地面試驗(yàn)，保證了安全可靠性。

“比如衛(wèi)星支架適配器，我們就和探測(cè)器做了8次對(duì)接試驗(yàn)，試驗(yàn)很充分。”他說。

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