变轨 又一次变轨!嫦娥五号奔月之路究竟有何不同?

来自国家航天局的消息称,11月25日22时06分,嫦娥五号探测器两台150牛发动机工作约6秒钟,顺利完成第二次轨道修正。
11月24日凌晨4点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。截至第二次轨道修正,嫦娥五号探测器已在轨飞行约41小时,距离地球约27万公里,探测器各系统状态良好,地面测控通信各中心和台站跟踪正常。
变轨 又一次变轨!嫦娥五号奔月之路究竟有何不同?
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北京航天飞行控制中心专家告诉采访人员,虽说此前我国已经实现了月球正面和背面软着陆和巡视探测,可以说对于着陆月面来说已经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。
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像糖葫芦一样飞行
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、上升器和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。
专家表示,嫦娥五号任务的目标是获取月球样品并返回地球,整个过程复杂,关键飞控过程环环相扣。其中,地外天体的采样与封装,地外天体的起飞,月球轨道交会对接,携带样品高速地球再入,以及样品的存储、分析和研究,在我国都是首次,控制策略相互制约,轨道控制实施难度大。
此外,嫦娥五号任务关键控制多,对应急控制和轨道重构都带来了不小的挑战。由四器串联而成的探测器不仅数量多、姿态变化频繁,而且信息传递关系复杂,在数据处理和多目标控制等方面对飞控工作提出了更高要求。
为应对诸多新变化新挑战,北京飞控中心组织与参试各测站进行了天地对接,对天地接口进行了检查确认,分别组织进行了2次无线联试,对任务飞控过程进行了全覆盖检验。
首次使用3000牛发动机进行近月捕获控制
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。
而嫦娥五号最下端的是轨道器,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,飞控团队已经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。
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采访人员,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”并返回地球。
变轨|又一次变轨!嫦娥五号奔月之路究竟有何不同?】宋星光 中青报·中青网采访人员 邱晨辉

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