「嫦娥五號」為何選在凌晨奔月?專家詳解

2020-11-24 大洋網

根據計劃,「嫦娥五號」於11月24日凌晨4時到5時發射,在月球最大的月海風暴洋北緣的呂姆克山附近,並鑽取約2米深的月壤巖芯柱,共採取2公斤重的月球土壤樣品。

護送嫦娥五號登月的正是「胖五」是我國目前起飛規模最大、運載能力最強、技術跨度最大的一型運載火箭,採用3型12臺全新研製的大推力發動機,主發動機均採用無毒無汙染的推進技術,實現液體運載火箭直徑由3.35米至5米的跨越。中國運載火箭技術研究院總體設計部錢航博士表示,多個因素決定了「嫦娥五號」選在凌晨發射。

「胖五」身高約57米,起飛重量約870噸,是名副其實的「大力士」。它使我國現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。有了它,還能把更大更重的飛行器送到深遠的太空。

從30多年前開始啟動論證,到20多年前開始預研,10多年前開始立項研製,「胖五」的成長已走過30多年時光。它創造性地使用「液氧煤油」「液氫液氧」低溫組合作為火箭發動機推進劑,起飛時發動機燃燒瞬間產生2000多攝氏度的高溫以及1000多噸的推力,相當於十幾分鐘翻越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」。那麼即將肩負著月球採樣返回的重大航天工程任務的「胖五」,為什麼發射「嫦娥五號」要選擇凌晨升空?昨天,中國航天科技集團一院長徵五號運載火箭的研發專家們對此進行了解析。專家們表示,嫦娥五號本月選擇在凌晨,主要有以下一些考量因素:

一是便於奔月軌道的設計。月球探測與火星探測一樣,都屬於深空探測,在火箭發射軌道設計上,要考慮到地月相對位置關係,因此相比通信衛星等發射任務,約束條件更多。對於此次發射「嫦娥五號」探測器,要在滿足地球與月球位置關係的限制、火箭射向和滑行時間的約束、探測器地月轉移時間、返回器再入航程等條件下,選擇最合適的發射時間,也就是確定火箭的發射窗口。經過綜合考慮,長徵五號遙五火箭在凌晨發射最有利於奔月軌道的設計,可以滿足各種約束條件。

二是減少太陽活動對於「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」產生影響。太陽活動對於「嫦娥五號」來說是非常複雜和麻煩的,特別是爆發的太陽風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。

三是晚上的天空雲層更少,有利於信號的傳播。航天發射並不是一件輕鬆的事情,不像飛機起航那樣簡單。「胖五」發射更是一件極其複雜的事情,整個過程中要考慮到方方面面,才能保證「胖五」的成功起航。所以天氣條件成為重中之重。在「胖五」發射之前的很多天,專家們就會開始對氣象進行深入的研究,確保發生的時間段是最佳的天氣狀況。

凌晨天氣狀況比較穩定,基本不會出現突然的天氣變化,有利於「胖五」發射。雲層更少,也就代表雲層更薄,這樣的條件更有利於信號的傳播(厚雲層會阻礙電磁波的傳播,影響地面科研人員對「嫦娥五號」的控制)。

四是為了方便觀測。在凌晨發射「胖五」,可更好地利用望遠鏡等天文設備,對觀察到的發射情況做出總結。如果是白天發射「胖五」的話,強烈的太陽光,使得天文望遠鏡無法看到「胖五」的具體發生情況。凌晨的稀薄雲層,更便於觀測。

歷次「胖五」飛出地球,「5、4、3、2、1,點火!起飛!」隨著「01」指揮員雄渾有力的口令,發控臺主操作手果斷按下發射按鈕。伴隨著震耳欲聾的轟鳴,金黃色的烈焰從火箭底部噴湧而出,巨大的聲響震撼方圓數十裡。在烈焰舉託下,「胖五「似離弦之箭、向天而去。來自天南海北測控點的一聲聲報告,接力護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星進行實時跟蹤。

由於凌晨整體的環境亮度都比較低,運載火箭噴射著火焰飛向太空的時候非常顯眼和突出,有利於地面的光學和測量設備跟蹤到目標,收集相關信息。「胖五」選擇在這個時候發射升空,讓地面的探測儀更好地跟蹤「嫦娥五號」,科研人員能夠比較明顯地看到「嫦娥五號」運行的軌跡。同時因為晚上的空氣比較涼爽,「胖五」的整流罩溫度可以更加低,這點也是科學的魅力。

除了凌晨的氣象條件更加適合「胖五」發射,蓄電池容量是有限的,並非取之不盡用之不竭,所以「胖五」要飛翔宇宙還必須要有太陽的光照。凌晨發射「胖五」達到數萬公裡之後,蓄電池就得以最大的光照夾角獲得源源不斷的光照能源,使蓄電池可持續的工作。

連續突破月球環繞探測、月面軟著陸探測、月面巡視探測、近第二宇宙速度月地返回、月背探測等一系列世界級月球探測工程難題,不論是月球探測器發射數量亦或者質量中國都毫無疑問是人類21世紀的探月先鋒力量。讓我們期待「胖五」護送「嫦娥五號」登月,帶回月壤,開啟九天攬月之旅吧。

文、圖 、視頻:廣州日報全媒體記者 肖歡歡 通訊員 錢航
廣州日報全媒體編輯 李琳

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