一脚太空“刹车”,再次让嫦娥五号走入公众视线。
北京时间11月28日20时58分,嫦娥五号探测器经过约112小时奔月飞行,在距月面约400公里处成功实施3000牛发动机点火,约17分钟后,发动机正常关机——近月“刹车”制动完成,顺利进入环月轨道。
嫦娥五号探测器副总指挥张玉花告诉记者,近月制动是月球探测器飞行过程中关键的轨道控制之一。高速飞行的探测器在靠近月球时,实施“刹车”制动,目的是使其相对速度低于月球逃逸速度,从而被月球引力捕获。
11月24日凌晨4时30分,嫦娥五号顺利发射升空,当晚即实施第一次中途轨道修正,之后于11月25日完成第二次轨道修正。如今的“刹车”,则是其奔月过程中的第三个关键节点。
北京航天飞行控制中心专家告诉记者,此前我国已实现月球正面和背面软着陆和巡视探测,对于着陆月面积累了比较丰富的经验,但是嫦娥五号的奔月之路,相比“姐姐们”却有许多新变化。
按照飞控专家的说法,嫦娥五号的任务目标是软着陆并采集月壤返回地球,因此它的构成与嫦娥三号、嫦娥四号有很大不同,由“三姐”“四姐”的着陆器、巡视器的组合,变为轨道器、返回器、着陆器、上升器四器串联的构型,犹如一串糖葫芦。随之而来的,是飞行控制工作的诸多挑战。
据北京航天飞行控制中心专家介绍,飞行器数量增多和频繁的姿态变化,导致轨道器、返回器、上升器、着陆器之间的遥测和数据传输模式明显增加,高达几十种。
同时,探测器的飞行模式也有多种组合,存在四器组合体、着陆器上升器组合体、轨道器返回器组合体等形态,任务全程要经历多种飞行姿态和数十次姿态调整。这都需要精心设计飞控指令计划、测控网工作计划以及测控站点频设置等。
北京航天飞行控制中心专家说,要想精准操控好这“一串”飞行器目标,遥控指令和注入数据类型多,在任务准备实施过程中,需生成会签大量控制计划及注入数据。这将在数据管理、处理等方面,考验北京飞控中心对航天器指挥控制的能力。
在嫦娥三号、嫦娥四号任务中,位于探测器最下端的是着陆器,它携带的是7500牛变推力发动机。
而嫦娥五号最下端是轨道器,使用的是由中国航天科技集团六院为其量身打造的新型3000牛发动机。等嫦娥五号靠近月球时,我国将首次使用3000牛发动机进行近月捕获控制。
北京航天飞行控制中心专家说,为此,在24日进行的首次中途修正中,该中心在修正轨道的同时,还兼顾实施了3000牛发动机的点火试喷。
这一构型也为后续飞控任务增加了难度。
在嫦娥三号、四号任务中,使用7500牛发动机落向月球之前,飞控团队已在轨道修正中对该发动机进行过试喷,掌握了发动机的状态。而在嫦娥五号任务中,着陆器上的7500牛发动机在中途修正和近月制动中均未使用过。
“我们飞控团队对其运行状况无法直接判断,因而将面临更高的应急处置要求。”北京航天飞行控制中心专家说。
从某种程度上说,地月转移轨道就像一条从地球通往月球的高速路,而火箭与探测器的分离点,就是入口。经过一段时间飞行,嫦娥五号探测器在即将到达月球的时候要从出口驶离高速,这时需要将速度降下来,才能到达环月轨道。
张玉花说,靠近月球的时候,嫦娥五号要减速被月球引力捕获。当到达靠近月球轨道的近地点时,要点火,形成环月轨道,这就是近月制动。如果不踩刹车,它就会从月球边上飞过去。
按照她的说法,近月制动的这一脚“刹车”,在嫦娥一号的任务中就已掌握。不同的是,这一次的近月制动对于精度要求更高。
张玉花说,此前,在嫦娥三号、嫦娥四号任务中进行近月制动的发动机推力达到了7500牛,而此次重量达到8吨的嫦娥五号探测器,使用的却是3000牛的发动机进行近月制动。为了解决重量变大但推力较小的问题,此次嫦娥五号任务选择通过两次近月制动,完成月球捕获。
也因此,尽管嫦娥五号探测器已经成功进入月球轨道,但后续还需进行一次近月制动,将轨道调整到可以执行着陆等动作的高度。
国家航天局探月与航天工程中心副主任、探月工程三期副总设计师、嫦娥五号任务新闻发言人裴照宇告诉记者,嫦娥五号从中国文昌航天发射场出发后,还将经地月和环月飞行、在月面选定区域着陆、完成月球样品采集工作、经月面起飞、月球轨道交会对接、月地转移和再入回收等11个飞行阶段、20余天的在轨飞行过程,最终才能完成“挖土”工作并返回地球。