“嫦娥五号”探测器为什么要在凌晨发射?

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  “月出皎兮,佼人僚兮”,古往今来,人类从未停止过对于月亮的幻想与叩问。
  2020年11月24日凌晨4时30分,“长征五号”火箭以排山倒海之势将“嫦娥五号”探测器送入太空。根据计划,“ 嫦娥五号”探测器一路飞奔,登陆月球,然后在最大的月海——风暴洋北缘的吕姆克山附近挖土采样,并带回了地球。

凌晨4点半出征


  “嫦娥五号”探测器为什么非得在黑漆漆的凌晨发射呢?原来,月球探测属于深空探测,地球和月球之间的相对距离在不断发生变化。因此,相比于通信卫星等发射任务,“ 嫦娥五号”探测器在火箭发射轨道设计上,要考虑的因素更多。
  “发射‘嫦娥五号’探测器时,要在满足地球与月球位置关系的限制、火箭射向和滑行時间的约束、探测器地月转移时间、返回器再入航程等条件下,选择最佳发射时间。”航天专家介绍说。
  同时,太阳活动对于探测器的影响也不容小觑,尤其是太阳在黑子活动高峰阶段会产生剧烈爆发活动,即“太阳风暴”,其爆发时释放大量带电粒子形成的高速粒子流,严重干扰无线信号。“长征五号”火箭携“嫦娥五号”探测器在凌晨飞天时,地球恰好直接遮住了太阳光,使得“嫦娥五号”探测器省去不少麻烦和隐患。
  此外,相比于别的时间点,凌晨的天气状态趋于稳定,基本上不会有突变,为火箭发射创造了好时机。与此同时,薄薄的云层不仅减少了信号传递阻力,还便于用天文望远镜等进行观测。
  显而易见的是,在凌晨黑色夜幕的映衬之下,带着火焰尾翼的“长征五号”火箭就是夜空中最明亮而显眼的目标,地面的光学和测量设备在这样的条件下更容易跟踪到其飞行轨迹,这为科研人员提供了极大便利。

0、5、50


  0、5、50,这是一组关于“长征五号遥五”火箭发射窗口的数字。所谓窗口,就是运载火箭发射比较合适的一个时间范围。这个范围的大小也叫做发射窗口的宽度,宽的以小时计,甚至以天计算,窄的只有几十秒,甚至为零。
  据了解,“长征五号”火箭发射“嫦娥五号”探测器的窗口在2020年总共只有3天,11月有两天,12月只有1天,每次半个多小时。如果错过2020年的3天,就要再等一年。
  2020年11月24日的火箭发射窗口只有50分钟。对于火箭而言,最重要的是如何才能在这50分钟之内把8.2吨重的“嫦娥五号”探测器送上天。
  “嫦娥五号”探测器最理想的发射时间是11月24日凌晨4时30分。据了解,在50分钟的窗口宽度内,科研人员为“长征五号”火箭规划了5条轨道,在第一个10分钟内选择一条弹道,如果在第一个10分钟内没有发射,推到下一个10分钟,软件就自动选择另一条轨道。相当于在这50分钟的窗口期中,“长征五号”火箭可以选择5条路飞走。
  50分钟内设计5条路线,主要是为了确保“长征五号”火箭8.2吨的运载能力。因为,在刚开始零秒发射的时候,火箭能够支撑8.2吨,但到50分钟的时候,很有可能被消耗得体力不支。“这个时候如果非要强迫走同一条路,可能就会绕远或者走不动。”航天专家介绍说。

窄窗口发射有多难


  相比之下,窄窗口发射的挑战和压力明显更大。因为“长征五号”火箭是低温火箭,相比常规火箭来说,受到的影响因素很多,它的整个射前流程、射前动作都非常复杂。
  比如,进入发射前负6分钟左右,各个模块的储箱才进行增压以及连接器脱落的操作。这意味着在发射前极其短暂的时间内,动作非常多,任何一个动作出现异常,都会导致火箭不能按照预定窗口发射。如果只采用一条轨道,当火箭出现异常并应急处置完,错过了窗口,没有可用的轨道,就没法执行发射任务。
  因此,窄窗口多轨道是提高发射概率和发射可靠性的一个重要措施,即使发射前某个时段出现异常,能够及时应急处置,延迟几分钟,还可以有发射的机会。
  本质上,能否确保零窗口发射取决于火箭系统的可靠性程度。“火箭进行设计的时候,就是瞄着高精度去的,不出问题才应该是常态。”航天专家说。
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