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嫦娥五号发射专题(二)——长五与嫦五:迟到三年的浪漫之约
    日期:2021年01月14日    字体:【】【】【

2020年11月24日凌晨,万众瞩目中,由航天科技集团研制的嫦娥五号探测器在长征五号运载火箭的托举下飞越椰林和大海,奔向月球。历经波折,长征五号不负众望,终于在此刻兑现与嫦娥五号的“约定”。这意味着,火箭与“初恋”嫦娥五号探测器迟到3年的浪漫传奇赴约故事,迎来了圆满结局。

一、“初恋”,众里寻她缘定嫦五

长五火箭与嫦五探测器的特殊“缘分”需要回溯到10多年前。

2006年,长征五号运载火箭立项,2009 年转入初样阶段。该型火箭最初研制的主要目的是提升国家自主进入空间的能力,但并没有明确的发射任务需求。

2009年,嫦娥五号恰好开始论证,目标是实现月球无人采样返回。由于一次发射需要承担多项工程任务,嫦娥五号的重量急剧增大到8.2吨重,只能由大推力的火箭来实施发射。因此,长五火箭拥有了首个明确的应用对象:嫦娥五号。

“从那年开始,在一定程度上而言,嫦娥五号牵引了长征五号的一些研制工作。”长五火箭总体副主任设计师李平岐介绍,因为嫦娥五号对运载能力要求比较高,航天科技集团中国运载火箭技术研究院对长五火箭进行了优化,其中整流罩的长度变化尤为典型。

整流罩就像一件巨大的人工“羽衣”,为探测器披上坚固铠甲。从方案阶段一直到初样初期,长五火箭的整流罩一直都保持在18.5米的状态。

但该长度的整流罩更多是发射地球同步转移轨道载荷,速度要求比较低;而月球探测任务速度要求比较高,载荷的重量减小,对整流罩的空间需求有所下降。

结合这些因素,研制团队将长五火箭的整流罩长度由原来的18.5米调整到12.267米,直到现在依旧保持着这个标准。

“这个长度的整流罩相当于为嫦娥五号量身定做,当然也可以适应其他的一些载荷。”长五火箭01指挥、总体主任设计师黄兵表示。

黄兵从2006年加入长五火箭团队,恰逢研制任务刚刚起步,全程见证了“长五”与“嫦五”的缘起。这也成为了他心中颇具罗曼蒂克色彩的“初恋”与“初心”的故事。

二、“迟到”,穿越山海一波三折

“嫦娥五号的研制任务进展非常顺利,将于2017年前后在中国文昌航天发射场发射。”2015年5月,海南省海口市举行“九天揽月——中国探月工程展”,中国探月工程总设计师吴伟仁在现场表示。

2017年1月,嫦娥五号探测器着陆器推进子系统正样热试车取得圆满成功。研制者们正如火如荼进行嫦娥五号正样阶段的最后冲刺。

那时,嫦娥五号发射任务成为国内外关注焦点,经历过首飞成功的长五火箭也意气风发,一切似乎正朝着预期顺利推进。

然而,2017年7月2日,“不少人的心突然在黑夜中急速坠落,甚至有十几秒都停止了呼吸,傻了。”19时23分,长五遥二火箭在中国文昌航天发射场点火升空后,飞行出现异常,发射任务失利。长五火箭地面发射支持系统型号主管孙振莲回忆起来依旧心有余悸。

失利消息一出,中国航天遭到了前所未有的质疑,黑云重重地压在了长五研制团队每个人的心口。

几个月后,失利故障原因基本查明,故障出自火箭的芯一级YF-77发动机。长征五号工程研制团队开始在一望无际的黑暗中摸索。

这意味着长五火箭发射嫦娥五号的任务被推迟,时间未知。

经历了908天的漫长归零后,2019年12月,长五火箭再次在中国文昌航天发射场点火升空,成功将实践二十号卫星送入预定轨道,长五火箭团队走出至暗时刻。

这次具有重要意义的胜利为中国航天“超级2020”打下了坚实基础,以嫦娥五号探测器、天问一号火星探测器、新一代载人飞船试验船为代表的“三大战役”引发公众极大关注。这其中,天问一号和嫦娥五号为长五火箭的两次应用性发射。

“因为火星任务的周期就刚好在7月23日到8月5日的区间内,两年才有这样一个机会,所以天问一号抢在嫦娥五号之前成为了长五火箭的首个应用性发射。但是,这丝毫不改变嫦娥五号在长五研制团队心目中的地位,可以说嫦娥五号任务是初心之战,也是圆梦之战。”黄兵表示。

面对时间节点紧凑的“三大战役”,长五火箭副总设计师贺建华一直都在发射现场,各个任务期间从未离开过。

5月5日傍晚,新一代载人飞船试验船搭载着长征五号B运载火箭成功起飞,当大家都还沉浸在胜利的喜悦中时,贺建华已经开始考虑如何带领团队快速恢复地面设备,使其具备执行下一次发射任务的条件。

当时距离7月23日的火星发射窗口仅有70多天时间。按照程序,必须要等到地面设备恢复之后,长五火箭才能开始后续发射场测发流程。

据了解,地面发射支持系统包括发射设备、吊装设备、运输和转载设备、气液连接器、供气设备等,发射时设备处于高温及强烈的振动中,发射后必须重新检修调试一遍,恢复设备的功能特性。因此,工作非常繁杂。

时间节点被一再压缩,由原计划的45天缩短到35天。依靠充足的资源保障、精心策划和合理安排,一些工作人员提前进场做好准备,不同的工作、不同的系统尽量并行开展,不能并行的工作就通过加班加点来实施。

夏日的文昌,必须“看天吃饭”,随时可能因为台风、下雨而不得不停止工作。团队在酷暑中挥汗如雨、争分夺秒,最终只用了 31天就完成全部任务,比原本已经压缩的计划还提前了4天,使“天问一号”发射正好赶上7月23日的前沿窗口,火箭也打出了超高精度。

三、“赴约”,不忘初心赢得芳心

为了这场跨越3年的“赴约”,长五火箭在发射试验队的精心呵护下精神抖擞,以帅气的姿态震撼亮相,在庞大“亲友团”一步步护送下,完成了垂直转运,为即将来临的出征做最后的准备。

对于火箭而言,执行不同的任务,助推、芯级产品等都能够实现通用。但因为不同载荷对整流罩的开口要求不同,有效载荷的支架以及整流罩并不通用。

长征五号遥五火箭的整流罩和载荷支架,同嫦娥五号探测器一样,也经过了3年的贮存期。

据了解,作为嫦娥五号护身铠甲的整流罩早在2017年就已经准备就绪,之后一直停放在中国运载火箭技术研究院211厂天津火箭公司的车间,于沉寂中静静等待。

鉴于整流罩原本整体上比较软,如果停放时间长,就更加容易变形。为了把它保养好,天津火箭公司57车间装备测试二组组长李萌和团队花费了比以往更多的心血。

“如果它自身变形量比较大,那么进行合罩工作难度会加大。除了定期为其测量尺寸,进行清洁等日常保养外,后来我们又进行局部补漆,把标识也重新贴了一遍。”李萌说道。

为了确保产品质量,在长五火箭进入文昌发射场前,试验队对整个载荷支架又重新进行了无损检测,确保其状态和质量满足嫦娥五号任务的需求。

“对长五火箭来说,发射嫦娥五号探测器的轨道是全新的。为了这个任务,我们开展了全新的设计,所有设计工作都经过了严格缜密的地面试验验证,保证我们能将探测器准确送入轨道。”长征五号运载火箭副总指挥曲以广表示。

与发射火星探测器任务相比,因为涉及2020年地月关系的限制,探月任务的窗口更显珍贵。对于火星探测任务,窗口大约是14天,每天30分钟;而嫦娥五号任务在今年的窗口总共只有3天,11月有2天,12月有1天,每天50分钟。

“为了提高发射概率,我们采用了窄窗口多轨道的方案,每天设计5条轨道,覆盖50分钟的窗口宽度。同时在弹道设计上采用变射向、变滑行时间的思路,尽量让整个轨道更加优化、运载能力更大,最终确保整个任务的实施有更大的余量。”李平岐解释说。

据李平岐介绍,长五火箭之前的几次发射,也都为嫦娥五号任务进行了一些验证工作,包括窄窗口多轨道、长滑行时间等。这些都是嫦娥五号任务所特有的一些需求。

四、“逐梦”,塑造完美志存高远

长五火箭从来没有放弃对于完美的追求。

从首飞到当下,长五火箭始终在不断改进优化。“尤其是从遥二失利之后,我们改了200多个大项,小项就不计其数了,目标就是想把长五火箭逐步改成我们心目中最理想、最完美的那种样子。”黄兵说道。

随着技术的日新月异以及越来越多的年轻人加入团队,长五火箭的创新加快了步伐。以前,大贮箱封箱时主要靠照相机拍,但是否能够拍到需要的角度并无法得到保证。随着VR技术的快速发展,试验队积极主动加以引进,在封箱一刹那就能够轻松关注到所有状态,记录保存下来便于追溯。

“长五火箭从来不排斥使用一些新技术获得进步,加快与国际接轨的步伐。随着火箭技术状态的稳定,火箭本身实现了更大的可靠性,因此箭体上能够改变的硬件会越来越少。但我们步履不停,一直在关注能够为我们所用的一些新技术。”黄兵表示。

去年长五遥三以来,截至目前,长征五号系列运载火箭总共执行了4次飞行任务,工作量十分饱满。对于一枚长五系列火箭来说,总装时间大概需要3个月,总测时间1个月,进入发射场以后,整个流程还需2个月。这意味着,一发火箭所需时间大概是6个月。

为了实现一年内4次飞行试验任务,长五火箭试验队基本上将几次任务并行开展。当这一发火箭在发射场进行发射准备的同时,另一发火箭开展总装总测相关工作。队伍分成几拨,分别在北京、天津、文昌等地同步开展工作。通过这种并行的方式,最终才确保了目前一年四发的任务。

长五火箭团队普遍感知到“长五火箭在发射场的工作越来越顺”,工作流程精细完善,技术状态深化,一切逐渐走向稳定,整个节奏感也把握得越来越好。

波澜不惊的背后,是无数人经年累月的默默付出、充足的准备与永不褪色的初心。

来源/《太空探索》2020年第12期

文/郑恩红

摄/史啸

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