“嫦娥五號”探測器為什么要在凌晨發(fā)射？

鄭恩紅

“月出皎兮，佼人僚兮”，古往今來，人類從未停止過對于月亮的幻想與叩問。

2020年11月24日凌晨4時30分，“長征五號”火箭以排山倒海之勢將“嫦娥五號”探測器送入太空。根據(jù)計劃，“ 嫦娥五號”探測器一路飛奔，登陸月球，然后在最大的月?！L(fēng)暴洋北緣的呂姆克山附近挖土采樣，并帶回了地球。

凌晨4點半出征

“嫦娥五號”探測器為什么非得在黑漆漆的凌晨發(fā)射呢？原來，月球探測屬于深空探測，地球和月球之間的相對距離在不斷發(fā)生變化。因此，相比于通信衛(wèi)星等發(fā)射任務(wù)，“ 嫦娥五號”探測器在火箭發(fā)射軌道設(shè)計上，要考慮的因素更多。

“發(fā)射‘嫦娥五號探測器時，要在滿足地球與月球位置關(guān)系的限制、火箭射向和滑行時間的約束、探測器地月轉(zhuǎn)移時間、返回器再入航程等條件下，選擇最佳發(fā)射時間。”航天專家介紹說。

同時，太陽活動對于探測器的影響也不容小覷，尤其是太陽在黑子活動高峰階段會產(chǎn)生劇烈爆發(fā)活動，即“太陽風(fēng)暴”，其爆發(fā)時釋放大量帶電粒子形成的高速粒子流，嚴(yán)重干擾無線信號?！伴L征五號”火箭攜“嫦娥五號”探測器在凌晨飛天時，地球恰好直接遮住了太陽光，使得“嫦娥五號”探測器省去不少麻煩和隱患。

此外，相比于別的時間點，凌晨的天氣狀態(tài)趨于穩(wěn)定，基本上不會有突變，為火箭發(fā)射創(chuàng)造了好時機(jī)。與此同時，薄薄的云層不僅減少了信號傳遞阻力，還便于用天文望遠(yuǎn)鏡等進(jìn)行觀測。

顯而易見的是，在凌晨黑色夜幕的映襯之下，帶著火焰尾翼的“長征五號”火箭就是夜空中最明亮而顯眼的目標(biāo)，地面的光學(xué)和測量設(shè)備在這樣的條件下更容易跟蹤到其飛行軌跡，這為科研人員提供了極大便利。

0、5、50

0、5、50，這是一組關(guān)于“長征五號遙五”火箭發(fā)射窗口的數(shù)字。所謂窗口，就是運(yùn)載火箭發(fā)射比較合適的一個時間范圍。這個范圍的大小也叫做發(fā)射窗口的寬度，寬的以小時計，甚至以天計算，窄的只有幾十秒，甚至為零。

據(jù)了解，“長征五號”火箭發(fā)射“嫦娥五號”探測器的窗口在2020年總共只有3天，11月有兩天，12月只有1天，每次半個多小時。如果錯過2020年的3天，就要再等一年。

2020年11月24日的火箭發(fā)射窗口只有50分鐘。對于火箭而言，最重要的是如何才能在這50分鐘之內(nèi)把8.2噸重的“嫦娥五號”探測器送上天。

“嫦娥五號”探測器最理想的發(fā)射時間是11月24日凌晨4時30分。據(jù)了解，在50分鐘的窗口寬度內(nèi)，科研人員為“長征五號”火箭規(guī)劃了5條軌道，在第一個10分鐘內(nèi)選擇一條彈道，如果在第一個10分鐘內(nèi)沒有發(fā)射，推到下一個10分鐘，軟件就自動選擇另一條軌道。相當(dāng)于在這50分鐘的窗口期中，“長征五號”火箭可以選擇5條路飛走。

50分鐘內(nèi)設(shè)計5條路線，主要是為了確?！伴L征五號”火箭8.2噸的運(yùn)載能力。因為，在剛開始零秒發(fā)射的時候，火箭能夠支撐8.2噸，但到50分鐘的時候，很有可能被消耗得體力不支?！斑@個時候如果非要強(qiáng)迫走同一條路，可能就會繞遠(yuǎn)或者走不動。”航天專家介紹說。

窄窗口發(fā)射有多難

相比之下，窄窗口發(fā)射的挑戰(zhàn)和壓力明顯更大。因為“長征五號”火箭是低溫火箭，相比常規(guī)火箭來說，受到的影響因素很多，它的整個射前流程、射前動作都非常復(fù)雜。

比如，進(jìn)入發(fā)射前負(fù)6分鐘左右，各個模塊的儲箱才進(jìn)行增壓以及連接器脫落的操作。這意味著在發(fā)射前極其短暫的時間內(nèi)，動作非常多，任何一個動作出現(xiàn)異常，都會導(dǎo)致火箭不能按照預(yù)定窗口發(fā)射。如果只采用一條軌道，當(dāng)火箭出現(xiàn)異常并應(yīng)急處置完，錯過了窗口，沒有可用的軌道，就沒法執(zhí)行發(fā)射任務(wù)。

因此，窄窗口多軌道是提高發(fā)射概率和發(fā)射可靠性的一個重要措施，即使發(fā)射前某個時段出現(xiàn)異常，能夠及時應(yīng)急處置，延遲幾分鐘，還可以有發(fā)射的機(jī)會。

本質(zhì)上，能否確保零窗口發(fā)射取決于火箭系統(tǒng)的可靠性程度?！盎鸺M(jìn)行設(shè)計的時候，就是瞄著高精度去的，不出問題才應(yīng)該是常態(tài)。”航天專家說。