嫦娥五号轨道器去“加班”的燃料是来自哪里?官方揭秘

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2021年01月12日 10:43:22
来源:快科技

2020年12月17日,探月工程嫦娥五号返回器在内蒙古四子王旗预定区域成功着陆,标志着我国首次地外天体采样返回任务圆满完成。

而嫦娥五号轨道器却并未停歇,马不停蹄的飞往“日地拉格朗日L1点”进行环绕飞行并开展探测试验,算是给自己“加了个班”。

当然,让嫦娥五号轨道器“加班”可不是这么容易,“加班费”是千万不能少的,有足够的燃料才能驱动轨道器前往距离地球约150万公里外的“日地拉格朗日L1点”,那么这些燃料又是从何而来的呢?

对此,中国运载火箭技术研究院进行了说明。因为此次长征五号运载火箭的极高入轨精度,大大减少了轨道器的地月轨道修正次数,所以轨道修正的推进剂实际仅消耗了原计划的0.3%,还余下200多公斤推进剂。

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▲嫦娥五号月地转移轨道示意图(图片来自国家航天局)

由于地月距离在不断变化,因此轨道设计可以说是火箭核心参数的基因和灵魂,而此次长征五号运载火箭近乎完美的飞行轨道设计离不开以下两点:

一是确定发射区间。理想的发射轨道是星箭分离后,嫦娥五号可以直接“滑”到近月点后再点火制动,达到节省推进剂并快速到达月球的目的。

为此,专家们通过做足了功课,例如每年365天中确定哪几天、每天1440分钟中确定哪几分钟、探测器分离后的太阳能板光照角度、通讯天线指向、综合地球阴影、月面采样光照、返回器测控等,才确定了最终的发射区间。

二是轨道优选。通常情况下,一枚火箭有一条轨道就够了,但由于要克服台风过境影响和提升故障适应性,此次探月工程三期对火箭发射概率和发射窗口都提出了更高要求。

为此,专家海选出的发射窗口被精确切割成一个个小窗口,每个小窗口设计相应发射轨道进行优选,发射当天这些轨道中选择一条最符合实际情况的最佳线路,最终确认了2020年11月24、25日的奔月多轨道设计。

此外,设计人员依托高精度地月转移多天体飞行力学模型算法,综合发射轨道设计参数影响规律,直接根据嫦娥五号期望的目标轨道参数,优化火箭飞行程序,改变入轨点位置。

正是综合了以上多种因素,嫦娥五号踏上奔月旅程后才能大大减少轨道修正次数,省出了“加班”燃料。

据了解,嫦娥五号轨道器此次拓展任务目标包括:验证地球—日地L1点转移轨道的设计与控制技术;在日地L1点附近开展长期探测,验证L1点环绕轨道设计与控制技术;对日地L1点附近光照、辐照等环境进行检测,验证相关分系统的适应能力;择机开展日凌期间探测器与地面的测控通信试验;日地L1点探测试验后,将根据轨道器状态和约束条件等情况。

拉格朗日点是指受两大物体引力作用下,能够使小物体稳定的点,小物体相对于两大物体基本保持静止。日地L1点,位于太阳与地球的连线之间,是放置太阳观测站的最佳位置。在那里,航天器永远不会被地球或者月球遮挡,可以不间断地观测太阳,或者观测地球向阳面。

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