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發(fā)射 “胖五”送“嫦五”上天

運載火箭是人類突破穹頂、走向太空的交通工具，是我們目前離開地球的唯一渠道。嫦娥五號奔向月球的第一步就是乘上專車——“長征五號遙五”運載火箭。
長征五號運載火箭全長近57米，起飛重量約870噸，起飛推力超過1000噸。長征五號運載火箭采用“兩級半”構(gòu)型，芯一級、芯二級直徑為5米，芯一級捆綁四個直徑為3.35米的助推器，芯級和助推器全部采用液氫、液氧、煤油等無毒無污染推進(jìn)劑；地球同步轉(zhuǎn)移軌道（GTO）運載能力可達(dá)14噸，是當(dāng)時我國運載能力最大的火箭，是名副其實的“大力士”。它使我國現(xiàn)役火箭的運載能力提升2.5倍，可一次將16輛小汽車的重量送入太空。
由于芯級直徑大于其他長征火箭，長征五號運載火箭被親切地稱為“胖五”，因為采用了液氫、液氧等低溫推進(jìn)劑，長征五號運載火箭又獲得了“冰箭”的稱呼。
“胖五”是我國目前起飛規(guī)模最大、運載能力最強、技術(shù)跨度最大的一型運載火箭，采用3型12臺全新研制的大推力發(fā)動機，主發(fā)動機均采用無毒無污染的推進(jìn)技術(shù)，實現(xiàn)液體運載火箭直徑由3.35米至5米的跨越。
從30多年前開始啟動論證，到20多年前開始預(yù)研，10多年前開始立項研制，“胖五”的成長一步一個腳印。它創(chuàng)造性地使用“液氧煤油”“液氫液氧”低溫組合作為火箭發(fā)動機推進(jìn)劑，起飛時發(fā)動機燃燒瞬間產(chǎn)生2000多攝氏度的高溫以及1000多噸的推力，相當(dāng)于十幾分鐘翻越220多座珠穆朗瑪峰的高度，不斷突破來自“冰與火”的考驗。
可以說，“胖五”是中國航天名副其實的“夢想號”。
嫦娥五號月球探測器重達(dá)8.2噸，是我國目前發(fā)射的最重的探測器，也是當(dāng)年中國航天發(fā)射的最重的載荷。探測器需要進(jìn)入近地點200公里、遠(yuǎn)地點41萬公里的地月轉(zhuǎn)移軌道，對運載火箭的能力提出了很高的要求。在長征火箭家族中，只有長征五號運載火箭可以將這么重的載荷直接送入地月轉(zhuǎn)移軌道。
由于地月相對位置以及軌道設(shè)計等因素的限制，此次發(fā)射是一次接近于“零窗口”的發(fā)射，遙五火箭的發(fā)射窗口只有五十分鐘，一旦在發(fā)射窗口時間內(nèi)不能實施發(fā)射，“嫦娥五號”的奔月計劃就會受到影響。
為了確保火箭準(zhǔn)時發(fā)射，研制團(tuán)隊采用了變射向、變滑行時間的多軌道奔月發(fā)射方案，應(yīng)用“窄窗口多軌道”技術(shù)，針對五十分鐘的發(fā)射窗口分別設(shè)計了五條發(fā)射軌道，每條軌道對應(yīng)十分鐘的發(fā)射窗口，在發(fā)射窗口期內(nèi)，可根據(jù)發(fā)射時間通過軟件自動選擇發(fā)射軌道，提高了軌道切換效率，為長征五號火箭實現(xiàn)“零窗口”發(fā)射奠定了基礎(chǔ)。
發(fā)射 “胖五”送“嫦五”上天
文章插圖

2020年11月17日，長征五號遙五運載火箭和嫦娥五號探測器在中國文昌航天發(fā)射場完成技術(shù)區(qū)總裝測試工作后，垂直轉(zhuǎn)運至發(fā)射區(qū)。（新華社采訪人員 郭程攝）
2020年11月24日凌晨，“5、4、3、2、1，點火！起飛！”
隨著“01”指揮員雄渾有力的口令，發(fā)控臺主操作手果斷按下發(fā)射按鈕。伴隨著震耳欲聾的轟鳴，金黃色的烈焰從火箭底部噴涌而出，巨大的聲響震撼方圓數(shù)十里。在烈焰舉托下，“胖五”似離弦之箭，在破曉中劃出一道亮麗的金色弧線。來自天南海北測控點的一聲聲報告，接力護(hù)送著火箭的一次又一次壯美飛天。地面上的科研人員要對衛(wèi)星進(jìn)行實時跟蹤。
經(jīng)過2200多秒的飛行，長征五號遙五運載火箭成功將“嫦娥五號”月球探測器送入地月轉(zhuǎn)移軌道，發(fā)射取得圓滿成功。
嫦娥五號在11月只有兩天適合發(fā)射，且每天發(fā)射窗口只有50分鐘，為在短暫的窗口精準(zhǔn)發(fā)射，長五火箭采用了窄窗口多軌道的方案，設(shè)計5條軌道，每條軌道覆蓋10分鐘寬度，發(fā)射時可根據(jù)發(fā)射時間選擇不同軌道，相當(dāng)于在50分鐘的窗口中，有5條路可以走。
為什么“胖五”發(fā)射“嫦娥五號”要選擇凌晨升空？
一是便于奔月軌道的設(shè)計。月球探測與火星探測一樣，都屬于深空探測，在火箭發(fā)射軌道設(shè)計上，要考慮到地月相對位置關(guān)系，因此相比通信衛(wèi)星等發(fā)射任務(wù)，約束條件更多。對于此次發(fā)射“嫦娥五號”探測器，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，選擇最合適的發(fā)射時間，也就是確定火箭的發(fā)射窗口。經(jīng)過綜合考慮，長征五號遙五火箭在凌晨發(fā)射最有利于奔月軌道的設(shè)計，可以滿足各種約束條件。
二是減少太陽活動對于“嫦娥五號”的影響。“胖五”飛向宇宙的時候，正好是地球把太陽光直接遮蔽住，避免有過多太陽輻射對“嫦娥五號”產(chǎn)生影響。太陽活動對于“嫦娥五號”來說是非常復(fù)雜和麻煩的，特別是爆發(fā)的太陽風(fēng)會干擾電子信號傳播，影響地面科研人員對“嫦娥五號”的操控。

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