这次“大火箭”飞得更快,“天问一号”成功入轨![组图]

发布时间: 2020-07-23 15:47:28 | 来源: 中国运载火箭技术研究院 | 作者: | 责任编辑: 刘桢珂

7月23日12时41分,长征五号遥四火箭在海南文昌发射场点火起飞,将我国首次火星探测任务“天问一号”探测器送入地火转移轨道,迈出了我国行星探测的第一步。

“大火箭”首次应用性发射

长征五号遥四火箭

长征五号火箭创新难点多、技术跨度大、复杂程度高,代表了我国运载火箭科技创新的最高水平,是我国由航天大国迈向航天强国的重要标志。

长征五号火箭副总设计师娄路亮介绍,此前,长征五号火箭共飞行了3次、长征五号B火箭飞行了1次,都属于研制性发射,而这次是“大火箭”首次应用性发射。研制性发射的主要目的是验证火箭设计方案的正确性,应用性发射的主要目的是将航天器送入预定轨道。

长征五号和长征五号B火箭“两兄弟”一个飞得更远、一个力气更大,这次任务应用的是擅于“跑长途”的长征五号火箭。长征五号系列火箭的前4次飞行试验,已经基本对后续探火、探月任务中用到的关键技术都进行了重点验证,确保发射成功。

飞出“第二宇宙速度”

第一、第二宇宙速度示意图(来自网络)

此次发射的火星探测器总重超过5吨,比“嫦娥四号”月球探测器重了1吨多,是目前我国发射的最重的深空探测器。与火箭分离后,它还要历经长途跋涉才能到达火星附近。而与火箭分离时,它的速度只有足够快,才能够挣脱地球引力,飞向太阳系,火箭的速度直接决定了火星探测器的速度。

垂直转运

娄路亮介绍,以往发射的载荷基本在地球轨道范围内,分离时达到第一宇宙速度,即7.9千米/秒。而这次发射,火星探测器要到太阳系的行星轨道上,长征五号火箭在分离时的速度达到了第二宇宙速度,即11.2千米/秒,将“天问一号”送入近地点高度超过200公里的地火转移轨道,这也是我国运载火箭飞行的最快速度。

这样的话,火星探测器在奔火的途中,飞行速度也会更快,就能够早日到达了。

42条轨道移动“打靶”

从技术区转入发射区

以往的任务,一枚火箭,有一条轨道就行了,而长征五号遥四火箭有42条,这在中国航天发射史上从来没有过。为什么需要这么多的轨道?长征五号火箭技术人员刘秉介绍,这是由于地球和火星飞行速度不同,相对位置在不断发生变化,为了保证火星探测器能精确入轨,让它更省力气,研制人员为长征五号火箭发射轨道进行了精细化的“窄窗口多频道”设计。

刘秉打了一个形象的比方:“如果把发射比作‘打靶’,这次‘打靶’打的是移动靶,火箭不是一直瞄准一个固定的入轨目标,而是要随着时间的推移,变换不同的轨道。”



从7月23日到8月5日,连续14天,每天都有30分钟的发射窗口,每10分钟,长征五号火箭就有一条不同的轨道,每天3条轨道,14天共42条。

随着地球和火星相对位置的变化,长征五号火箭会选择不同的飞行轨道,将偏差控制在最小范围内。

器罩组合体转运

42条轨道,若还需要设计人员手动选择,将会导致手忙脚乱,很容易出错。意想不到的是,设计师已经让“大火箭”实现了飞行轨道的自动切换,飞行轨道的选择并不用人工操作,而是由长征五号火箭“自己做主”。每到一个发射窗口,它会自动切换轨道,找到最佳的飞行轨道后,告诉地面人员,然后带着“天问一号”起飞,送它去火星。

错过发射窗口要再等两年

火星,是太阳系中离地球较近的行星。由于公转轨道的不同,火星与地球最近的距离约有5500万公里,最远则高达4亿公里。它们就像田径场上的两名运动员,沿着两条相邻的跑道,绕着太阳奔跑。火星在外圈,地球在内圈。因此,火星上的一天比地球也要略长一点,火星的1年约是地球的1.8年。

地球、火星绕太阳公转示意图(来自网络)

娄路亮介绍,2020年,有短短几周时间,太阳、地球和火星成一条直线。这时,地球与火星之间的距离最短,而这种情况要再次出现恐怕要等26个月了。也就是说,如果长征五号火箭错过了今年七八月份的发射窗口,就要等到2022年。

因此,今年5月5日长征五号B火箭首飞任务的同时,研制队伍也在紧锣密鼓开展火星探测任务的准备工作,包括火箭总装总测、出厂前的状态确认、第一时间分析长征五号B火箭飞行结果,确认火箭是否需要改进,从而在长征五号遥四火箭上举一反三;白天晚上两班倒,赶在探火任务之前把地面设备全部恢复好……

一次发射,实现三个目标

整流罩装配 

如今,火星探测器已经开始了它的奔火之旅,约飞行7个月后到达火星附近,然后被火星引力捕获。而到了火星,它都干些什么呢?

按照工程计划,“天问一号”火星探测任务拟通过一次发射实现“绕、落、巡”三个工程目标。“天问一号”到达火星后,会开展火星环绕和着陆巡视,开展火星全球性和综合性探测,并对火星表面重点地区进行精细巡视勘察,这是其他国家第一次实施火星探测从未有过的。

15个月5次发射

 “大火箭”迎来高密度发射 

送完“天问一号”之后,长征五号火箭还将探月。近两年,“大火箭”也是非常忙碌。

2019年12月27日,长征五号遥三火箭发射成功;2020年5月5日,长征五号B火箭首飞成功;2020年7月23日,长征五号火箭成功发射火星探测器。


火箭吊装

娄路亮说,预计到明年初,长征五号系列火箭还将有两次发射任务。其中,年底前,长征五号火箭还将把“嫦娥五号”月球探测器送上太空,实现对月球表面的采样返回;明年年初,长征五号B火箭将发射空间站核心舱。15个月间5发任务,“大火箭”已迎来高密度发射。


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