見證探月工程每一步 嫦娥四號的「專列」真了不起

　科技日報12月8日消息，長三甲系列火箭包括長三甲、長三乙、長三丙三種大型低溫液體火箭，承擔了我國絕大部分高軌航天器發射任務。它們是長征火箭家族高強密度發射的主力軍，也是成功率最高、技術最成熟的火箭系列，有著「金牌火箭」的美譽。

　　但記者從中國航天科技集團一院了解到，此次托舉「嫦娥」的長三乙遙三十火箭，經受了更嚴格的「探月標準」磨鍊。該火箭總指揮金志強說：「執行探月工程任務，要採取特殊保成功措施。」

　　新技術太多風險大？提前驗證

　　與我國上次探月任務所用火箭相比，長三乙遙三十火箭得到了65項技術改進，分佈在發動機、控制系統、測量系統、箭體結構、增壓輸送系統、發射支持系統等13個分系統中。


　　為了儘可能減少技術首次應用帶來的不確定性，研製團隊統籌安排，借長三甲系列火箭執行其他任務時，對各項改進分批進行了飛行驗證，以確保安全可靠。

　　例如在今年10月的一次發射任務中，發動機艙內防水與防熱可靠性改進通過了飛行考核；伺服機構可靠性改進，已經在兩次以上發射任務中得到驗證。

　　據統計，在「嫦娥四號」發射前，已有60項技術改進提前經過飛行驗證，讓此次任務的技術風險大幅降低。

　　產品指標合格就夠了？優中選優

　　產品質量控制是關係任務成敗的重中之重，航天產品每一個元器件、零部件都有完備的指標考核體系，任何一個指標出現瑕疵，該產品都會在驗收過程中被淘汰。

　　而探月任務選擇的產品，指標全部合格還不夠，必須優中選優。


　　金志強介紹，例如此次任務所用低溫發動機，就是從同時裝配的4台發動機中，選出了性能更優的2台。

　　在產品交付前的檢測、試驗過程中，研製團隊同樣用上了「探月標準」。

　　長三乙遙三十火箭總設計師陳閩慷說，例如火箭貯箱，其液壓試驗、氣密試驗、氦質譜檢漏測試時間均比以往增加了30%，以儘可能尋找產品可能存在的缺陷。

　　在電氣系統產品試驗中，所有電氣產品的通電老煉時間都增加50個小時。在單機產品嚴格考核基礎上，還增加了系統綜合試驗次數。

　　發射機會轉瞬即逝？多重保障

　　發射月球探測器需要滿足多方面條件要求，因而「嫦娥四號」必須在特定的2天內發射，每天有2個發射窗口。第一個窗口的有效寬度為2分鐘，如果錯過，要等46分鐘後進入第二個窗口，其有效寬度僅1分鐘。


　　為了確保火箭準時發射，研製團隊採用了適應多窗口、窄窗口約束的軌道設計技術，對火箭主要分系統和重要單機進行了可靠性設計、採取了冗餘改進措施。

　　為了充分利用2天內多窗口的發射機會，他們還開展了「低溫加註后推遲24小時發射」技術創新。在火箭完成液氫、液氧低溫推進劑加註后，保持連接器不脫落，就可以推遲24小時發射。「這在國內尚屬首次，在一定程度上提高了火箭對任務的適應能力。」陳閩慷說。

　　不過這些技術並沒有用上。與此前四次探月任務一樣，火箭在第一窗口準時飛向了天空。


　　除了準時發射，要想讓探測器順利飛向月球，火箭運送其進入地月轉移軌道的精度也需滿足極高要求。研製團隊採用激光慣組優選、濾波組合演算法優化等手段，使此次任務的設計入軌精度進一步提升，相比嫦娥三號任務提升了30%以上。

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　　什麼是運載火箭發射窗口？為什麼「嫦娥四號」發射窗口只有幾分鐘？


　　中國航天科技集團有限公司一院一部錢航：發射窗口指運載火箭發射比較合適的時間範圍，是根據航天器本身的要求及外部多種限制條件，經綜合分析計算后確定的。時間範圍的大小也叫發射窗口的寬度。窗口寬度有寬有窄，寬的以小時甚至以天計算，窄的只有幾十秒，甚至為零。

　　選擇「嫦娥四號」發射窗口時，需要考慮很多約束條件，使得探測器與日、地（包括地面點和近地軌道）、月（包括著月點）的相對關係滿足月背著陸需求。

　　例如，奔月軌道需要調整近月點經度和飛行時間，讓環月軌道臨近著月點上空，為著陸器登月創造條件。在探測器奔月飛行過程中，要考慮太陽能帆板的受曬問題，要求太陽光入射方向與太陽帆板之間的夾角保持在一定範圍內。

　　此外在飛行和著陸過程中，還要考慮探測器的連續測控問題。諸多約束條件的作用並不相同，有些決定發射月窗口，有些決定發射日窗口，還有一些約束可能形成對立關係。發射窗口就是在這些約束作用下，形成的發射機會的交集。「嫦娥四號」要在月背著陸，各種約束關係特別複雜，因此發射窗口只有幾分鐘。