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最强“大力士”送嫦娥奔月

专家解析长征三号乙增强型火箭和嫦娥三号探测器

//www.auribault.com 2013-12-02 来源：天津日报

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　　长三乙增强型是我国火箭中运载能力最强的“大力士”，起飞推力是600吨。首次采用新型机械壁板铣的方法，使得贮箱成功减重50公斤。多项技术改进让发动机飞天动力更强劲，质量更可靠。入轨精度较嫦娥二号提高3倍多。

　　嫦娥三号探测器是我国第一个“有腿”的航天器，也是中国人首次用来尝试地外天体软着陆的航天器。“三姑娘”有四条腿六个轮子，是着陆器和巡视器（俗称“月球车”）的组合体。着陆器包含11个分系统，巡视器包含8个分系统。

　　2013年12月2日凌晨，我国长征系列火箭中运载能力最强的“大力士”——长三乙增强型火箭将托举重量更重、体积更大的嫦娥三号探测器飞天奔月。

　　11月30日下午，长三乙完成常规燃料加注。12月1日将进行低温燃料加注。“大力士”是如何瘦身健体托举“嫦娥”的？有何新武艺？嫦娥三号运载火箭系统总指挥、总设计师和火箭专家们为您解析。

　　精雕细琢“瘦”下去

　　“要‘长途跋涉’把3780公斤的‘嫦娥’精准地送入远地点38万公里的地月转移轨道，已达到长征三号乙火箭的运载能力极限。长三乙增强型的起飞推力是600吨，要提高载荷能力，火箭自身必须‘瘦身’。”嫦娥三号探测器火箭系统总指挥岑拯说。

　　中国航天科技集团公司运载火箭技术研究院为长三乙量身制定了三子级氢氧贮箱减重方案。贮箱的自重就像“脂肪”，承载的燃料就像身体蕴含的能量。在能量不变的情况下，“脂肪”越少，运载的能力也就越大。

　　为此，运载火箭技术研究院首次采用新型机械壁板铣的方式。这种方法铣出来的壁板光滑、精度高、厚度误差在0.1毫米之内。正是这样的精雕细琢，使得贮箱成功减重50公斤。

　　金牌动力“强起来”

　　“面对中国飞行器首次对地外天体进行直接探测的全新使命，六院倾力打造高可靠、高性能‘嫦娥三号’飞天动力，使火箭动力系统‘推得精，飞得稳’。”火箭发动机专家、中国航天科技集团公司六院院长谭永华说。

　　从神舟一号到神舟十号，从嫦娥一号到嫦娥三号，中国航天一次又一次突破极限创造新高度。以设计研制航天发动机为主业的航天六院赢得了“中国金牌动力”的美誉。此次承担发射任务的长三乙火箭所有发动机和嫦娥三号探测器推进分系统，均由六院研制。

　　与发射神舟十号用的长二F火箭相比，长三乙增强型增加了一个三子级。这级火箭由两台氢氧发动机和若干台姿控发动机组成。

　　“氢氧发动机使用液氢、液氧低温高能推进剂，采用泵压式燃气发生器动力循环，燃气串联双涡轮泵系统，具有双向摇摆，高空两次启动能力。它使嫦娥三号奔月之旅更加稳健。”六院副院长刘志让说。

　　此外，科研人员对长三乙运载火箭一、二级及助推器发动机进行了一系列可靠性增长改进。比如借鉴长二F技术，对二级主机燃气发生器、转速线圈等进行改进，使得发动机飞天动力更强劲，质量更可靠。

　　多项创新“武艺高”

　　“为了满足嫦娥三号任务更高的要求，科研人员对火箭开展了六大专项技术攻关，确保托举保嫦娥‘完美落月’。”嫦娥三号火箭系统总指挥岑拯说。

　　火箭系统总设计师姜杰等专家解析了长三乙增强型火箭的“几板斧”。

　　其一，高精度制导控制技术，入轨精度较嫦娥二号提高3倍多。科研人员采用双激光惯组加卫星导航修正的复合制导技术，相当于给火箭安了“两只眼睛”，一只眼睛使火箭按照设计好的轨道飞行，另一只眼睛精确计算最佳途径，并随时修正。

　　其二、攻克多窗口发射技术，实现多轨道窄窗口发射。为保证顺利发射，科研人员为嫦娥三号设计了6条飞行轨道，精确计算出6个发射窗口。但每个窗口非常窄——第一窗口约4分钟，第二窗口仅约1分钟。

　　其三、为嫦娥三号量身打造“坐椅”。针对嫦三“大个”身材，科研人员研制了直径1750毫米，高度1760毫米的超大卫星支架适配器，让嫦三能够稳稳落座。

　　其四、研制箭载摄影装置，实时监控火箭发射全过程。科研人员在长三乙上安装了3台摄像机。二级火箭上的摄像头拍摄4个助推器关机分离和一二级火箭分离；三级发动机舱上的摄像头拍摄三级发动机点火关机和二三级火箭分离过程；第三个摄像头拍摄整流罩分离、探测器与支架分离。

　　“我们将力争第一窗口发射，预祝长三乙再次奏响凯歌。”专家们说。

　　新华社记者余晓洁吴晶晶田野

　　（据新华社西昌12月1日电）

　　嫦娥三号探测器，是我国第一个“有腿”的航天器，也是中国人首次用来尝试地外天体软着陆的航天器。“三姑娘”长什么样，与此前的嫦娥一号、二号相比有什么特点，是如何设计出来的？记者采访了中国航天科技集团的有关专家。

　　构型设计—— 四腿六轮

　　据介绍，“三姑娘”有四条腿六个轮子，是着陆器和巡视器（俗称“月球车”）的组合体。与嫦娥一号、二号不同，嫦娥三号在名称上不叫卫星而叫器，是我国第一个“有腿”的航天器。

　　航天科技集团主任设计师杨建中介绍，这样的组合构型，是由其任务特点决定的。嫦娥三号任务主要有两个，一是实现月面软着陆，二是实施月面巡视勘察。这需要它既能落到月面上，还能自主动起来。将任务分解给两个探测器，有助于加快研制进度。

　　落月之前，巡视器作为一个载荷被安装在着陆器上，本身并不工作。整个前期飞行、动力下降以及实施软着陆过程，都是由着陆器完成的。到月面后，二者互相配合，将巡视器释放到月面上，成为两个独立的探测器，各自在月面开展探测任务。

　　着陆器包含11个分系统，其中最有特色的当属着陆缓冲分系统，又集中体现在四条“中国腿”的外形上。据了解，其他国家的软着陆方式主要有三种：一是气囊弹跳式，二是着陆腿式，三是空中吊车式。每种方案都有优缺点。就嫦娥三号软着陆任务来讲，气囊式不能满足重量要求，吊车式又比较复杂，腿式能满足任务需要，保证着陆的稳定性。综合之下，嫦娥三号选用了腿式着陆。

　　巡视器包含8个分系统，其中最有特色的当属移动分系统。从外形上看，就是巡视器的6个轮子。

　　此外，由于探测器的重量限制，嫦娥三号必须“瘦身”，进行集成化、小型化设计，还必须保证系统的可靠性。只有这样，才能保证它是一个健壮的探测器。

　　路径设计——前所未有

　　此前，嫦娥一号和二号对到达月球的路径已经做了先期的成功探索。由于任务需要，嫦娥三号的路径设计还要在此前基础上更进一层，且难度和风险大大增强。它要在近月点15公里处进行动力下降，接着实现月面软着陆，然后再进行月面巡视勘察。

　　这15公里的动力下降，是以抛物线下降。探测器的相对速度要从1.7公里/秒逐渐减为0，过程主要靠探测器自主来完成，人工干预的可能性几乎为零。距月面100米处时，探测器还要悬停，对月面进行拍照，避开障碍物，寻找着陆点。

　　对于地面工程人员来说，这一过程尚属首次，存在两大风险。一是关键设备都是新研制的，包括GNC系统（制导、导航与控制系统）和我国首台全新的7500牛变推力空间发动机。二是软着陆区域的地形地貌存在一定程度的不确定性。

　　等到探测器在月面实现软着陆后，着陆器和巡视器还要进行分离，实现互相拍摄。着陆器基本固定在一个位置，巡视器则需要从着陆器上“走”下来，进行月面巡视勘察。在月面路径中，还涉及到“地面遥操作”和“巡视器自主控制”相结合的技术手段。

　　功能设计——确保月面生存

　　不同于地球，月球表面昼夜温差较大，温度高时有120摄氏度，温度低时在零下180摄氏度。而且，月球的昼夜交替周期也较长，这给“三姑娘”的月面生存带来了很大的难度。

　　中国航天科技集团着陆器热控分系统主任设计师刘自军用“盖被子”“生炉子”和“开空调”等熟知的概念解释热控设计。嫦娥三号上有一个多层隔热组件，也就是所谓的“被子”，可以双向隔热，外部高温时候热量不能往里传，外部寒冷时候里面热量不能往外漏。

　　寒冷时“三姑娘”还得“生炉子”。“炉子”主要是同位素核源，它能够持续放热。设计师们还设计了重力驱动的两项流体回路，在需要的时候将热量导入舱内，不需要的时候切断传热途径。

　　到了月昼时，虹湾温度迅速升高至90摄氏度，在月球表面，散热的方式只有热辐射。设计师们在探测器上精心设计了几个散热面，可以把设备发出的热量散出去。

　　新华社记者王敏

　　（据新华社北京12月1日电）

编辑：尹盼秋

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