让升空天梯更稳

让“升空天梯”更稳

“火箭的作用就像梯子，有了它，探测器才能一步步升到月球。”航天科技集团嫦娥三号运载火箭系统总指挥岑拯说。

相比一号、二号，嫦娥三号任务更加复杂，发射要求更高，为了搭好“升空天梯”，研究人员对火箭系统做了多方面的改进。

更大运载、更高精度、更加可靠

承担嫦娥三号发射任务的长征三号乙改进型火箭，是长征三号乙火箭的升级版。岑拯介绍，嫦娥三号比嫦娥二号重了1300多公斤，采用该型号火箭首先看重的就是它的运载能力。据介绍，发射嫦娥二号的长征三号丙运载能力为3.8吨，而长征三号乙火箭可达5.5吨。

研制时，火箭的状态参数已经基本确定。后来探测器增重，需要火箭系统再提供30公斤运载能力，研究人员做起了“加减法”：一方面提高火箭的运载能力，另一方面则减轻火箭自重。

航天科技集团嫦娥三号运载火箭系统总设计师姜杰表示，为了让火箭“瘦身”，研究人员将金属瓶子换成碳纤维的瓶子，减掉储箱里边的防晃板，为探测器腾出了10多公斤的载重空间。

除了载重，嫦娥三号发射精度要求也更高。据介绍，相比二号，三号的入轨精度要求差不多高了3倍。

为了满足精度要求，研究人员采用了惯导和卫星导航复合的制导技术。“这就好比给火箭装了‘两只眼睛’。”姜杰说，两者结合的制导，完全可以满足嫦娥三号任务对火箭的精度要求。同时由于整个控制系统在设计时器件和设备是冗余配置的，所以控制系统里面某一个设备出现问题仍然可以保证稳定飞行，保证入轨精度。

为满足嫦娥三号可靠性上的更高要求，科研人员还对发动机动力系统和增压输送系统做了大量改进工作。姜杰表示，经测验，长征三号乙改进型火箭可靠性由原来的0.938提高到现在的0.942，而这看似一点点的提升，其实得益于很多新技术的应用。

她认为，我国现役的火箭，从当前的发射成功率、发射的密度来看，可靠性应该说基本上达到世界的先进水平。

6套发射方案、摄像头直播飞行

要使火箭和探测器进到发射场顺利发射，客观上要求能够提供多次发射的机会，为此科研人员确定了3天6次发射机会的预案，即提供了6个达到发射要求的窗口。

由于6条地月转移轨道，入轨参数完全不同，整个飞行的轨道也不同。加上发射窗口之间的间隔时间非常短，给研究人员带来了很大的挑战。

“6个窗口的设计工作，相当于干了通常卫星发射6倍的活。”姜杰表示，轨道设计人员经过上万条轨道的优化仿真，才设计出3天6条的发射路径。

姜杰表示，因为要保证每一条轨道一个时刻的发射要求，就要把6种状态准备好，使得任何一种状态都可以实现发射。这就涉及系统的很多改动，火箭运载系统最大的工作量就在这里。

“火箭必须在设计的3天中发射出去，如果这3天打不出去就只能等明年了。”姜杰说。

与之前发射不同，嫦娥三号有一个着落的探测器。为此，研究人员为它研制了一个卫星支架适配器和缩紧装置，充当嫦娥三号的座椅，支撑着探测器。

据介绍，这个卫星支架适配器直径1750毫米，高度1760毫米。而器件缩紧装置就相当于一个腰带，靠这个腰带把嫦娥三号系住，等到送达预定轨道的时候，再解开系扣。

为了时刻直观地反映火箭飞行的过程，运载火箭系统研究人员还开发了遥测图像传输技术。

据介绍，研究人员在火箭上装了3个摄像头，一个是看助推器分离，然后看一、二级分离，再看二、三级分离，同时通过摄像头还能看到整流罩的分离以及探测器与火箭的分离。另外，还在火箭的三级发动机舱配备了一个摄像头，这样就能看到三级发动机的点火关机。

姜杰介绍，火箭发射关键动作的时时监视非常重要，前两年美国金牛座火箭和韩国罗老号火箭的飞行失利，就是因为分离系统出了问题。而因为没有直接数据，对故障定位过程通常比较艰难，原因也很难查找。有了遥测图像传输技术，实现时时监视，通过视频监视，就能在现场判断那块没分离好。

岑拯介绍，火箭运载系统运用于嫦娥三号的6项技术，一多半已经经过了飞行的验证，没有经过飞行验证的，研究人员通过地面试验，保证了安全可靠性。

“比如卫星支架适配器，我们就和探测器做了8次对接试验，试验很充分。”他说。

作者：喻思娈

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