今天上午，記者再次走進(jìn)發(fā)射前的西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，為即將出征的“嫦娥三姑娘”送行。西昌發(fā)射中心，坐落在西昌城北60公里的峽谷中。衛(wèi)星發(fā)射測(cè)試，指揮控制，跟蹤測(cè)量，通信，氣象，勤務(wù)保障六大系統(tǒng)的相應(yīng)場(chǎng)區(qū)，都分散在峽谷之中的不同區(qū)域。76米高的發(fā)射塔架和300多米高的避雷塔，巍峨地聳立于峽谷的底端。這里是一個(gè)三面環(huán)山，向東南開口的半封閉小盆地，面積約2平方公里。
大山深處的西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射場(chǎng)，靜謐而肅穆。今天上午，已經(jīng)確認(rèn)了嫦娥三號(hào)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，下午5點(diǎn)半開始加注低溫燃料。這里的一切準(zhǔn)備工作都在靜悄悄地進(jìn)行著，發(fā)射場(chǎng)一片空寂，平靜之下掩藏著航天人激動(dòng)的心情和焦急的渴望。
高高的發(fā)射塔巍然聳立，銀白色塔體上，“中國(guó)西昌衛(wèi)星發(fā)射中心”幾個(gè)大字遒勁有力，一座高達(dá)97米的活動(dòng)塔將發(fā)射架包裹起來(lái)，人們只能通過(guò)活動(dòng)塔上方看到一截白色的整流罩，整裝待“嫁”的“嫦娥三姑娘”羞澀地藏于“閨中”，靜待出征。
工作人員介紹，塔架由11層工作平臺(tái)和相對(duì)應(yīng)的電纜提桿組成，同時(shí)對(duì)星箭進(jìn)行吊裝對(duì)接，加注燃料和垂直測(cè)試。下午5點(diǎn)半，活動(dòng)塔將張開雙臂，放開緊緊擁在懷里的“嫦娥三姑娘”，活動(dòng)塔會(huì)坐著鐵軌移動(dòng)到不遠(yuǎn)處，只剩下嫦娥三號(hào)與發(fā)射塔架等待著飛天的緊張一刻。
低溫推進(jìn)劑加注早晚一分都不行
今天上午，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心已進(jìn)入發(fā)射前工作程序。火箭常規(guī)推進(jìn)劑昨天已經(jīng)開始加注，預(yù)示火箭進(jìn)入發(fā)射程序。今天下午，在發(fā)射前數(shù)小時(shí)，質(zhì)量更輕、能量更高的低溫推進(jìn)劑也將被加注。
任務(wù)發(fā)射場(chǎng)區(qū)指揮部副指揮長(zhǎng)趙民介紹，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心作為我國(guó)唯一使用低溫推進(jìn)劑的發(fā)射場(chǎng)，使用的低溫推進(jìn)劑包括液氫、液氧和液氮。加注液氮和液氧必須滴液不漏。此外，加注低溫推進(jìn)劑的時(shí)間不能早一分或晚一分，早一分就會(huì)造成揮發(fā)，晚一分又有可能錯(cuò)過(guò)發(fā)射窗口。因此，低溫推進(jìn)劑加注一直到發(fā)射前4分半鐘才能完成。操作中既要防凍傷，又要防明火、靜電等。
趙民介紹說(shuō)，中心已形成了一整套防護(hù)方法，包括加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理，禁止手機(jī)、打火機(jī)等進(jìn)入加注現(xiàn)場(chǎng)50米范圍內(nèi)；研發(fā)了氫報(bào)警裝置；進(jìn)入加注程序后，一律使用防爆電源等。
氣象預(yù)報(bào)誤差不能超過(guò)一攝氏度
在嫦娥三號(hào)發(fā)射任務(wù)中，發(fā)射場(chǎng)氣象部門主要承擔(dān)兩項(xiàng)任務(wù)：一是提供高空風(fēng)探測(cè)數(shù)據(jù)，二是提供天氣溫度的預(yù)報(bào)。
世界航天史上，曾有過(guò)因高空風(fēng)問(wèn)題導(dǎo)致失敗的案例。11月、12月的西昌處于高空風(fēng)的多發(fā)期，這給嫦娥三號(hào)任務(wù)的成功發(fā)射增加了難度。中心對(duì)近40年的氣候資料進(jìn)行分析比對(duì)，對(duì)8000米到12000米的高空風(fēng)進(jìn)行精確預(yù)測(cè)，氣溫預(yù)報(bào)誤差不超過(guò)一攝氏度。同時(shí)，火箭自身也采取了很多防止高空風(fēng)的設(shè)計(jì)和措施。目前預(yù)測(cè)，發(fā)射當(dāng)天天氣狀況良好。
“12月份，西昌的降雨雷暴較弱，影響火箭發(fā)射主要是高空風(fēng)，它直接影響著火箭的飛行軌道。”西昌衛(wèi)星發(fā)射中心高級(jí)工程師江曉華說(shuō)。
氣溫是影響嫦娥三號(hào)發(fā)射的另一重要因素。“因?yàn)榈蜏鼗鸺闹苿┦且簹湟貉酰瑢?duì)溫度有著極高的要求。”江曉華說(shuō)，液氫的溫度是零下253攝氏度，液氧是零下183攝氏度。隨著空氣溫度的變化，燃料揮發(fā)程度也不同，這直接影響著加注量。如果不能準(zhǔn)確預(yù)報(bào)場(chǎng)區(qū)發(fā)射時(shí)刻的溫度，液氫液氧加注量的變化將影響火箭的推力。
“嫦娥三號(hào)衛(wèi)星的發(fā)射‘窗口’——也就是適宜發(fā)射的時(shí)間范圍只有3天，不像其他任務(wù)每天都是‘窗口’，這對(duì)氣象預(yù)報(bào)的要求更高。”江曉華說(shuō)。
“我們開展了區(qū)域精細(xì)化預(yù)報(bào)：逐時(shí)逐段精確預(yù)報(bào)以發(fā)射塔為中心3公里范圍的氣溫、濕度、云量、地面風(fēng)、高空風(fēng)等氣象情況，為探測(cè)器創(chuàng)造最好的奔月條件。”發(fā)射中心氣象室主任汪正林說(shuō)。
氣象人員對(duì)場(chǎng)區(qū)30多年來(lái)的高空風(fēng)探測(cè)資料進(jìn)行了詳細(xì)統(tǒng)計(jì)分析，建立了天氣預(yù)報(bào)模型。 隨著發(fā)射時(shí)間的臨近，對(duì)高空風(fēng)的探測(cè)次數(shù)不斷增加。
“為了能準(zhǔn)確預(yù)報(bào)發(fā)射場(chǎng)區(qū)發(fā)射階段的氣溫，我們確定的預(yù)報(bào)溫度誤差標(biāo)準(zhǔn)不能超過(guò)一攝氏度。”江曉華說(shuō)，發(fā)射中心擁有較為完善的雷電預(yù)警系統(tǒng)，可以將發(fā)射場(chǎng)區(qū)雨季短期預(yù)報(bào)、雷電綜合預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率提高到95%以上。
除了對(duì)發(fā)射場(chǎng)區(qū)的氣候資料進(jìn)行專題統(tǒng)計(jì)、分析研究外，他們還通過(guò)歐洲中心氣象局、國(guó)家氣象局和基地區(qū)域小范圍預(yù)報(bào)，分析發(fā)射場(chǎng)區(qū)情況。
火箭發(fā)射
四大挑戰(zhàn)
探月工程發(fā)射場(chǎng)系統(tǒng)副指揮長(zhǎng)趙民在接受記者采訪時(shí)說(shuō)，嫦娥三號(hào)技術(shù)狀態(tài)新、要求標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)、技術(shù)難度大，火箭發(fā)射要克服四大挑戰(zhàn)。
低溫燃料加注。長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭三級(jí)采用的是液氫、液氧推進(jìn)劑。液氫的保存溫度為零下253攝氏度，液氧的保存溫度為零下183攝氏度，在加注時(shí)燃料不可避免地產(chǎn)生揮發(fā)，所以必須精確計(jì)算燃料的加注量。如果第一窗口不能發(fā)射，還涉及將液氫液氧的卸出問(wèn)題，極易使火箭保溫箱發(fā)生損壞，不僅會(huì)影響低溫燃料的再次加注，還可能導(dǎo)致爆炸。
氣候復(fù)雜多變。西昌屬山區(qū)地形，素有“十里不同天”之稱，氣候變化頻繁。此外，火箭低溫燃料加注對(duì)溫度變化要求很高，這些無(wú)疑給氣象預(yù)報(bào)增加了不小的難度。
“零窗口”發(fā)射要求高。嫦娥三號(hào)任務(wù)是多窗口、窄寬度發(fā)射。12月共有3天6個(gè)窗口。發(fā)射窗口最長(zhǎng)4分鐘，最短的僅為1分鐘，對(duì)發(fā)射的精準(zhǔn)度要求很高。一旦第一個(gè)發(fā)射窗口不能發(fā)射，必須要盡快進(jìn)入第二個(gè)發(fā)射窗口的工作狀態(tài)。根據(jù)任務(wù)安排，第一個(gè)發(fā)射窗口與第二個(gè)發(fā)射窗口間隔僅40多分鐘，所以轉(zhuǎn)換難度很大，對(duì)快速確定不同參數(shù)等方面提出更高要求。
多重任務(wù)交叉重疊。發(fā)射場(chǎng)在執(zhí)行嫦娥三號(hào)任務(wù)時(shí)，還承擔(dān)了其他航天器的發(fā)射任務(wù)。這給發(fā)射中心及各系統(tǒng)間的組織指揮、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、質(zhì)量監(jiān)督和人員調(diào)配提出挑戰(zhàn)。
火箭系統(tǒng)
六大改進(jìn)
“嫦娥三號(hào)”任務(wù)運(yùn)載火箭系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師姜杰介紹，任務(wù)對(duì)火箭系統(tǒng)在運(yùn)載能力等方面提出了更高的要求，火箭系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)了六大改進(jìn)來(lái)應(yīng)對(duì)新的挑戰(zhàn)。
由于嫦娥三號(hào)比嫦娥二號(hào)重了1000多公斤，入軌精度提高3倍多，需要突破多項(xiàng)技術(shù)才能滿足發(fā)射要求，因此托舉嫦娥三號(hào)探測(cè)器奔月的重任交給了長(zhǎng)征三號(hào)乙改進(jìn)型火箭。這一型號(hào)的火箭長(zhǎng)56米多，捆綁有4個(gè)助推器，起飛重量約456噸，也是目前中國(guó)運(yùn)載能力最強(qiáng)的三級(jí)液體火箭。它的任務(wù)是將嫦娥三號(hào)送到近地點(diǎn)200公里，遠(yuǎn)地點(diǎn)約38萬(wàn)公里的地月轉(zhuǎn)移軌道。
此次嫦娥三號(hào)任務(wù)是多窗口、窄寬度發(fā)射。“3天6個(gè)發(fā)射窗口，每個(gè)窗口的發(fā)射時(shí)間間隔非常短。”姜杰介紹，相比嫦娥二號(hào)任務(wù)，嫦娥三號(hào)任務(wù)對(duì)運(yùn)載火箭系統(tǒng)的運(yùn)載能力、入軌精度、發(fā)射窗口、適應(yīng)能力等方面提出了更高的要求。
為適應(yīng)任務(wù)要求，火箭系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了“六大改進(jìn)”。不僅對(duì)火箭的運(yùn)載能力、高精度導(dǎo)航制導(dǎo)能力、可靠性、適應(yīng)性、多窗口發(fā)射能力等方面作了改進(jìn)，火箭的箭身上還加裝了一組攝像頭，可以看到飛行過(guò)程中的重要分離動(dòng)作。
比如，由于此次嫦娥三號(hào)探測(cè)器與此前的嫦娥一號(hào)、二號(hào)在外形結(jié)構(gòu)上有較大變化，因此火箭設(shè)計(jì)了新的探測(cè)器支架，也就是火箭與探測(cè)器之間的機(jī)械連接機(jī)構(gòu)，以提高火箭的適應(yīng)性。“全新的支架結(jié)構(gòu)可以保證在飛行過(guò)程中，探測(cè)器‘坐’在火箭上能夠可靠、舒適、安全。”據(jù)了解，此次任務(wù)是自1994年首飛以來(lái)，長(zhǎng)三甲系列的第58次發(fā)射任務(wù)，同時(shí)也是長(zhǎng)三乙這一型號(hào)的第25次發(fā)射。
落月探測(cè)
1
嫦娥三號(hào)從距離月面15公里高度的近月點(diǎn)開始下降，自由降落到約100米的距離后，反沖小火箭開啟，造成阻力，減速下降。
利用微波測(cè)距敏感器、激光測(cè)距敏感器等進(jìn)行對(duì)月測(cè)距測(cè)速，利用光學(xué)成像敏感器等進(jìn)行避障。
2
在距離更為接近月球表面時(shí)，嫦娥三號(hào)則會(huì)懸停一段時(shí)間，選擇最佳著陸點(diǎn)。確定目標(biāo)后，在距月球表面約4米高度時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)熄火關(guān)機(jī)，穩(wěn)穩(wěn)降落。
3
著陸后將釋放巡視器——“玉兔號(hào)”月球車。月球車首先會(huì)被移動(dòng)到轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)上，通過(guò)轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)離開著陸器。
“玉兔號(hào)”月球車離開著陸器，抵達(dá)月面。著陸器和“玉兔號(hào)”進(jìn)入工作狀態(tài)。月晝時(shí)，著陸器就地展開科學(xué)探測(cè)，“玉兔號(hào)”則在月面巡視勘察。月夜時(shí)，設(shè)備斷電休眠，依靠同位素?zé)嵩?4
保持溫度；月夜后，通過(guò)光照自主喚醒。著陸器將在月面工作一年，“玉兔號(hào)”將巡視勘察3個(gè)月。
