77臺發動機助力嫦娥五號探月往返,多個突破背後是大國工匠合力

2020-12-24 光電科技君

24日凌晨,「胖五」將嫦娥五號姐姐送向前往月球的路上,而這一次是中國探月工程歷史上最重要的一刻,我們不光將實現四個首次:首次在月球表面無人自動採樣;首次從月面直接起飛;首次在月球軌道上進行無人交會對接,首次帶著月壤以接近第二宇宙速度返回地球。

還將為我們的星球探測器做好範例,這一次研發單位為了嫦娥五號探測器順利登陸月球,成功帶月巖返回一共準備了107臺發動機,30臺用在胖五身上,77臺用在了探測器上。而大小不同,作用不同的發動力成為助力成功實施「挖土」的關鍵。

嫦娥五號探測器,月球軌道做接力,只為帶回月巖,為月球做「體檢」

昨夜今晨,長徵五號一飛沖天,當時的海南問天發射場一片歡呼,這是我國探月歷史上的一次盛宴,也是一個偉大的裡程碑,自此我們將打開對月探索的新華章。這一次我們將帶回屬於我們自己的月巖,還將為在月球建立研究基地做準備,而這一切並不容易。

拿這個「胖五」運載火箭來說,它的身上就配套了30臺火箭發動機,清一色的國產新一代綠色環保發動機。其中,8臺120噸級液氧煤油發動機、2臺50噸級氫氧發動機及2臺9噸級氫氧發動機。

而嫦娥五號探測器上的發動機就更多了,研發單位為了其能順利開展工作,為其設計了三套推薦系統,而這些系統將為我國成功取回月巖提供動力保障,據六院專家介紹這三套推進系統由77臺大小不同、性能各異的軌姿控發動機組成。系統性能指標高、質量輕、推進劑使用效率高,既能經歷嚴酷的溫度環境,又能適應寬範圍使用溫度。由於系統複雜,對其可靠性也有著更高要求。

我們已經知道嫦娥五號探測器主要由四大部分組成:軌道器、著陸器、上升器和返回器。

他們將首次在月球軌道進行一場「接力賽」,而動力、控制等方面都是前所未有的難度。讓我們一起來看下嫦娥五號探測器的組成:

該探測器主要由四器串聯組成,分別是:軌道器、返回器、著陸器、上升器。

軌道器是指任務實施時候停留在月球軌道,等待返回器帶回月巖樣品,然後重返地球;著陸器安裝有反推火箭,執行月面軟著陸,並自動進行月面採樣、樣品封裝等操作;上升器以著陸器作為發射架,從月面動力起飛,攜帶月壤樣品飛入月球軌道,並把月壤轉移到返回器。

返回器是最終搭載月壤樣品返回地球的結構部分,承受高速進入地球大氣層時的高溫和衝擊,保護樣品不受影響。

這四個部分緊密聯繫,分工協作。研發單位為著陸器、軌道器和上升器研製了三套推進系統,這是目前我國空間飛行器上最複雜的推進系統。

六院為探測器量身定做了兩款3臺新型發動機。其中,軌道器上的1臺3000牛發動機,將為地月轉移、月地轉移中途修正、近月制動、離月加速提供推力;上升器上的1臺3000牛發動機,相當於1枚微縮版運載火箭,將為月面起飛提供推力;探測器月面軟著陸任務,將由1臺7500牛變推力發動機完成。

為了實現功能同時能多帶樣品回來,嫦娥五號探測器充分做了「減肥運動」,舉個例子,研發團隊為了減少其重量,在著陸器上用4臺表面張力貯箱替代4臺金屬膜片貯箱方案,反覆驗證後,最終實現減重約26千克。

光減重還不行,還得保證精確,這一場接力賽每一個選手都身懷絕技,零件本身加工精度高,對接任務要求精度也高,在離地球38萬公裡的月球軌道上玩接力,還得再次返回,其實就是一場空間站的對接和返回的演練。正是這77臺發動力的精準動作,幫助其能共順利完成任務。

探月工程順利背後,是許許多多的科研力量合力,而這一切像極了探測器的工作原理

當我們驚嘆這次任務的規模之巨,難度之大的同時,不禁回想起探月工程的研發過往。從1978年我們獲取了禮品性質的1克月巖激起了我們探索月球的信心,許許多多的科研工作者孜孜不倦,通力合作。

航空集團,各個高校,以及社會力量都在參與,其中哈工大、西北工業、中科大、南航等院校都分別為嫦娥探測器提供主力設計。

正是由這些大國工匠們,紮實的科研攻關,我們克服了一個又一個困難,在空白的領域通力合作,也許你未曾聽過他們的名字,也不曾知道他們的故事,但是當長徵五號騰飛的那一刻,有一個歡呼來自我們內心,為大國工匠們點讚。

如果說是107臺發動機為嫦娥五號奔月帶來了動力,而大國工匠們也就是探月工程的發動機,大小不同,功能不同,但是都奔著一樣的目標去。今年85歲的「嫦娥之父」歐陽自遠還在一線,在文昌發射場我們看到的首席科學家剛好才36歲。

半個世紀的薪火相傳,我們的航空航天人才形成了有利的梯隊,而這一切才剛剛開始。隨著我國科技發展,更多的新科技加入到探月活動中。探月工程重大專項領導小組、航天科技集團八大科研生產聯合體、數百個相關專業、上千家配套廠家,形成了合力共同推進我國深空探索的這個巨型飛行器。

11月註定是不平凡的,「奮鬥者」號才剛剛載人坐底「世界第四極」馬尼亞納海溝的最深處,這一會我們又將登陸月球,去到別人未曾到過的區域,挖取別人從未挖過的月巖。

「上可九天攬月,下可五洋捉鱉」這一句終於在這個年代變成了現實。

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