嫦娥五號飛抵月面背後，北京航天飛行控制中心精準操控立新功

2020-12-03 文匯網

北京航天飛行控制中心科技人員操正精心控嫦娥五號探測器著上組合體成功著陸月球。

11月30日晚至12月1日凌晨，嫦娥五號探測器在北京航天飛行控制中心的精確操控下，完成了兩次降軌變軌，順利將著上組合體調整進入近月點15公裡，遠月點200公裡的降軌目標軌道，嫦娥五號已逐步逼近月球。

從11月28日嫦娥五號第一次近月制動開始，一系列密集且關鍵的軌道控制已經在有序展開了，第二次近月制動、組合體分離、環月降軌，等等，所有的操作都離不開軌道這條太空中的生命線，而牢牢掌握這條生命線的就是中心的軌道團隊。

方案預案精心，讓應急不驚心

「太空飛行器在天空中一分鐘，我們就牽掛60秒。」北京航天飛行控制中心軌道室主任陳明介紹說，嫦娥五號任務各飛行階段耦合性強、推進餘量低、月面工作時長固定等約束條件多，對軌控策略設計、軌道控制精度和應急軌道重構均提出了更高要求。

在軌道設計上，他們提出了定時定點著陸定時起飛規劃策略。在地月轉移、近月制動、環月降軌、動力下降四個飛行階段進行聯合軌道控制。通過優化調整四器組合體環月軌道傾角和近月制動的法向分量，以保證著上組合體在預定起飛時刻的位置位於軌道器環月軌道面內。通過優化調整著上組合體環月降軌的開機點位置、時長和法向分量，修正近月制動控制偏差，並瞄準動力下降點時刻和位置，以保證在各個階段飛行偏差情況下均能滿足著陸和起飛控制要求。

在軌道設計中，還要充分考慮各種突發情況，具備隨時處置的能力。由於聯合軌道控制環環相扣，近月制動、環月降軌、動力下降等各個關鍵控制過程決定任務成敗，且相互制約，一旦其中的一個節點發生異常，想要保證應急處置後的飛行狀態回歸的難度極大，這無疑是應急軌道重構的巨大挑戰。

面對這一難點，嫦娥五號任務軌道專家組組長劉勇扛起了任務軌道關鍵技術攻關的重擔。從嫦娥一號到嫦娥五號，劉勇用十幾年的夜以繼日換來了眾多關鍵技術突破，確保了歷次任務太空飛行器在太空中的安全。嫦娥五號任務中，他和團隊再次突破了月球高精度定時定點著陸、定時起飛、多器聯合軌道控制快速優化、月地返回速度增量最優入射和快速優化、應急軌道控制與軌道重構等關鍵技術，賦予了探測器在多種應急處置分支下快速調整能力，讓它在突發情況後還能回歸正常軌道，繼續完成後續的工作。

測量計算到位，讓定軌不脫軌

在軌道控制上，除了方案預案必須想在先做在前，精準的軌道測量也是關鍵詞貫穿始終。這不僅有賴於軌道團隊，飛控中心還有一個關鍵系統發揮著巨大作用，那就是深空幹涉測量系統。探月工程三期嫦娥五號任務是北京中心深空幹涉測量系統首次正式參加的重大航天任務。幹涉測量是一種高精度測角方法，與測距、測速等傳統測軌技術共同支撐著深空高精度軌道測量。北京中心深空幹涉測量系統利用「佳木斯-喀什」基線開展實時幹涉測量，為北京中心的軌道計算崗位提供了高精度幹涉測角數據產品，也為嫦娥五號近月制動提供了測量支撐。

據幹涉測量崗位工程師任天鵬介紹：「我國的深空幹涉測量系統具有測站全球布局、基線長度更長、基線構型豐富的優勢，在嫦娥五號任務中，首次開展了『納米比亞-阿根廷』基線準實時幹涉測量，填補了境外幹涉測量弧段空白，極大支持了探測器軌道快速確定。」。幹涉測量崗位獲取的精準測量數據提供給軌道團隊，軌道團隊快速完成探測器的精確軌道確定，他們之間彼此配合，穩穩握住了嫦娥五號的生命線。

在著上組合體與軌返組合體兩兩分離後，需要實現對該雙目標的同時測控，為此，要統籌把握兩者的測定軌精度和遙控指令上注要求，對測控資源合理調配。在這一階段，深空幹涉測量系統的觀測目標就是著上組合體，此時這一手段所具備的高測角精度得以體現，在定軌過程中對橫向的位置和速度有較好的約束，有效提高環月飛行目標的定軌精度。

多項首次挑戰，軌控貫穿始終

嫦娥五號任務中，月面起飛、交會對接和月地入射在我國都是首次實施，這三個重要控制無疑都直接賦予了軌道團隊巨大的壓力。

在嫦娥三號任務中，著陸器著陸月面後，軌道團隊的任務基本就已完成，即使是在難度更高的嫦娥四號任務中，落月之後軌道團隊只需跟蹤維持「鵲橋」中繼星單個目標。但在本次任務中，著上組合體著陸後，軌道崗位仍需對軌道器進行多次調相維持。在四器分離之後，軌道器並不是一直保持在初始的軌道上運行，而是要根據方案通過四次調相控制到達預定的位置等待上升器。就如兩個人分頭行動，約定好時間地點碰面，因此在月面採樣的同時，軌道器就要調相到預定的軌道，再根據採樣的實際情況在預定時間到達約定地點。

但僅僅控制軌道器是遠遠不夠的，軌道團隊還需要根據月面採樣情況實時計算判斷，並在月面起飛後同時控制上升器沿著正確軌道與軌道器完成「接頭」。這需要對上升器完成多次精確的遠距離導引控制，最終完成月面交會對接和樣品轉移。此後，還要控制軌返組合體完成月地轉移入射，最終實現載有月壤的返回器重回地球。

嫦娥五號穿梭在浩瀚無垠的太空，唯有這條看不見的軌道線始終將其牽引，讓它能夠飛得高遠還能平安回來。但在它平安落地之前，北京中心軌道機房裡將會一直燈火通明，團隊全體成員將用心守護，確保嫦娥五號滿載而歸。

作者：宋星光 李瀟帆 攝/撒亞佳編輯：趙徵南責任編輯：付鑫鑫

相關焦點

  • 北京飛控中心精準操控 牽引嫦娥五號飛抵月面
    中新網北京12月2日電 題：北京飛控中心精準操控 牽引嫦娥五號飛抵月面作者 宋星光 郭超凱成功著陸月面後，嫦娥五號著陸器和上升器組合體於12月2日4時53分完成了月球鑽取採樣及封裝。從11月28日嫦娥五號第一次近月制動開始，一系列密集且關鍵的軌道控制有序展開，所有的操作都離不開軌道一條太空中的生命線。而牢牢掌握這條生命線的，就是北京航天飛行控制中心的軌道團隊。方案預案精心，讓應急不驚心「太空飛行器在天空中一分鐘，我們就牽掛60秒。」
  • 嫦娥五號成功落月，是他們在精準操控「牽引」
    昨天23時11分，嫦娥五號探測器的著陸器、上升器組合體成功著陸月球。嫦娥五號探月任務取得重大進展。記者今天了解到，落月的背後，離不開北京航天飛行控制中心團隊的精準操控，正是他們精心「牽引」嫦娥落月。北京航天飛行控制中心軌道室主任陳明說，嫦娥五號任務各飛行階段耦合性強、推進餘量低、月面工作時長固定等約束條件多，對軌控策略設計、軌道控制精度和應急軌道重構均提出了更高要求。在軌道設計上，他們提出了定時定點著陸、定時起飛規劃策略。在地月轉移、近月制動、環月降軌、動力下降四個飛行階段進行聯合軌道控制。
  • 7集微紀錄片《飛吧 嫦娥》,帶你回顧嫦娥五號任務!
    我們的太空創新實踐中心 中國航天科技集團 酒泉衛星發射中心 西安衛星測控中心 西昌衛星發射中心 北京航天飛行控制中心 等單位協助拍攝
  • 嫦娥五號回家！習近平發來賀電
    12月17日凌晨，嫦娥五號返回器攜帶月球樣品，採用半彈道跳躍方式再入返回，在內蒙古四子王旗預定區域安全著陸。新華社記者 任軍川 攝12月17日1時59分，嫦娥五號返回器攜帶月球樣品在內蒙古四子王旗預定區域安全著陸，探月工程嫦娥五號任務取得圓滿成功。中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習近平發來賀電，代表黨中央、國務院和中央軍委，向探月工程任務指揮部並參加嫦娥五號任務的全體同志致以熱烈的祝賀和誠摯的問候。
  • 嫦娥五號成功著陸，月面採樣即將開始
    12月1日，在北京航天飛行控制中心拍攝的嫦娥五號探測器落月瞬間。這是12月1日深夜的北京航天飛行控制中心。大廳裡這群地球上的航天工作者，心早已隨著「嫦娥」飛到了月球——此刻，嫦娥五號探測器正在小心翼翼地靠近月球表面。22時57分，嫦娥五號著陸器和上升器組合體從距離月面約15公裡處開始實施動力下降，7500牛變推力發動機開機，逐步將探測器相對月球速度從約1.7公裡/秒，降為零。其間，探測器進行快速姿態調整，逐漸接近月表。
  • 一文解讀嫦娥五號月面起飛
    「月面起飛前 8小時左右，探測器的『大腦』——GNC（制導、導航與控制）系統開始工作。3000牛發動機點火、上升器起飛後，GNC系統迅速判斷出上升器的實時狀態，進而將其調整成垂直狀態。」502所嫦娥五號探測器系統 GNC分系統副主任設計師楊巍說。理想的狀態是落區平坦。考慮到採樣後上升器要在月面起飛，嫦娥五號落月的過程也是為上升器選擇「發射場」的過程。
  • 嫦娥五號,成功落月了!開始「挖土」,高難度落月背後關鍵技術曝光
    來 源丨新華社、央視新聞、經濟日報據新華社12月1日晚間消息，記者從國家航天局獲悉，12月1日23時11分，嫦娥五號探測器成功著陸在月球正面西經51.8度、北緯43.1度附近的預選著陸區，並傳回著陸影像圖。12月1日，在北京航天飛行控制中心拍攝的嫦娥五號探測器落月瞬間。
  • 深度丨一文解讀嫦娥五號月面起飛
    相比之下，月面起飛條件則簡陋得多。兩天前，嫦娥五號著陸器馱著上升器降落月球。現在，它搖身一變，充當起上升器的發射塔架。起飛地形很重要。早在落月之前，來自航天科技集團五院總體部的嫦娥五號探測器系統總體主任設計師舒燕就曾表示，一個擔憂便是著陸器會降落在斜坡上，「月球表面環境複雜，著陸器不一定是四平八穩的狀態，很有可能落在斜坡上或者凸起、下凹處。
  • 月面上升起飛，嫦娥五號踏上歸途
    北京時間今晚11點10分嫦娥五號上升器上的3000牛發動機點火帶動上升器起飛與著陸器「戰友」告別軌返組合體正翹首以待由此，嫦娥五號任務在成功飛天、落月、「挖土」之後正式進入下半場唯一的主題便是——平安回家「嫦娥」的歸途除了今晚的上升起飛——從月面出發還將上演熱情相擁、託付重任、永久揮別
  • 揭秘嫦娥落月背後的「太空生命線」:每一次牽引都步步「精心」
    宋星光 中青報中青網記者 邱晨輝北京時間12月1日23時許，嫦娥五號探測器成功著陸在月球預選著陸區。成功落月，離不開北京航天飛行控制中心團隊的精準操控，正是他們精心「牽引」嫦娥落月。從11月28日嫦娥五號第一次近月制動開始，一系列密集且關鍵的軌道控制已經在有序展開了，第二次近月制動、組合體分離、環月降軌等等，所有的操作都離不開軌道這條「太空中的生命線」，而牢牢掌握這條生命線的就是北京飛控中心的軌道團隊。
  • 揭秘嫦娥落月背後的「太空生命線」：每一次牽引都步步「精心」
    宋星光 中青報•中青網記者 邱晨輝北京時間12月1日23時許，嫦娥五號探測器成功著陸在月球預選著陸區。成功落月，離不開北京航天飛行控制中心團隊的精準操控，正是他們精心「牽引」嫦娥落月。北京航天飛行控制中心軌道室主任陳明說，嫦娥五號任務各飛行階段耦合性強、推進餘量低、月面工作時長固定等約束條件多，對軌控策略設計、軌道控制精度和應急軌道重構均提出了更高要求。在軌道設計上，他們提出了定時定點著陸、定時起飛規劃策略。在地月轉移、近月制動、環月降軌、動力下降四個飛行階段進行聯合軌道控制。
  • 嫦娥五號落月背後的800秒
    來源：中國青年報月球，嫦娥五號終於來了！ 北京時間12月1日23時11分，嫦娥五號探測器成功著陸在月球正面預選著陸區。隨後，嫦娥五號開啟「挖土」模式：12月2日4時53分，嫦娥五號著陸器和上升器組合體完成了月球鑽取採樣及封裝。目前，著陸器和上升器組合體正按計劃進行表取採樣。
  • 嫦娥五號,成功落月了
    記者從國家航天局獲悉，12月1日23時11分，嫦娥五號探測器成功著陸在月球正面西經51.8度、北緯43.1度附近的預選著陸區，並傳回著陸影像圖。12月1日，在北京航天飛行控制中心拍攝的嫦娥五號探測器落月瞬間。
  • 嫦娥五號探測器實施動力下降並成功著陸 將在預選區域開展月面採樣...
    12月1日，在北京航天飛行控制中心拍攝的嫦娥五號探測器落月瞬間。日，在北京航天飛行控制中心拍攝的嫦娥五號探測器落月瞬間。新華社發（國家航天局供圖）　　12月1日，在北京航天飛行控制中心，航天科技人員在監測嫦娥五號探測器落月過程
  • 嫦娥五號探測器著陸月面完成採樣封裝
    38萬千米外的月球，風暴洋東北部，中國嫦娥五號探測器靜靜佇立，等候月面起飛時刻的到來。北京時間12月3日23時許，月球坑窪不平的灰色表面上，點綴著幾朵綻放的深色「花朵」。那是嫦娥五號完成首次地外天體採樣後，留下的新鮮印記。摘回一片「明月」，這個中國人千百年來的美好期盼，隨著48小時前嫦娥五號探測器翩然落月，變得更加觸手可及。
  • 嫦娥五號將擇機月面軟著陸
    11月30日，探月工程嫦娥五號任務飛行控制團隊，按計劃實施嫦娥五號探測器著陸器和上升器組合體與軌道器和返回器組合體分離凌晨4時40分，在科技人員精確控制下，嫦娥五號探測器組合體順利分離。截至目前，探測器各系統狀態良好，地面測控通信正常，軌道器和返回器組合體將繼續在平均高度約200公裡的環月軌道上飛行並等待上升器交會對接，著陸器和上升器組合體將擇機實施月面軟著陸，進行自動採樣等後續工作。圖為航天科技人員在北京航天飛行控制中心專注工作。文/本報記者 雷嘉 供圖/新華社
  • 嫦娥五號組合體成功分離 將擇機實施月面軟著陸
    １１月３０日，航天科技人員在北京航天飛行控制中心專注工作　　１１月３０日，探月工程嫦娥五號任務飛行控制團隊按計劃實施嫦娥五號探測器著陸器和上升器組合體與軌道器和返回器組合體分離。凌晨４時４０分，在科技人員精確控制下，嫦娥五號探測器組合體順利分離。
  • 北京航天飛行控制中心火星探測任務型號團隊副總師趙煥洲 七個多月守護天問 向「火」而行
    7月23日12時41分，長徵五號遙四運載火箭在文昌航天發射場順利升空，廣州日報全媒體記者從國家航天局獲悉，我國首次火星探測任務天問一號探測器目前飛行狀態良好，能源平衡、工況正常，地面測控跟蹤穩定，飛行控制和數據接收有序通暢，各項工作順利開展。探測器已脫離地球引力影響範圍，進入行星際轉移軌道，飛離地球超過150萬公裡。
  • 嫦娥五號落月背後:800多秒驚心動魄降落「表現近乎完美」
    中青報·中青網記者 邱晨輝月球，嫦娥五號終於來了！北京時間12月1日23時11分，在經歷了為期一周的地月轉移、近月制動、環月飛行之旅後，嫦娥五號探測器成功著陸在月球正面西經51.8度、北緯43.1度附近的預選著陸區，並傳回著陸影像圖。
  • 「嫦娥一號」準確落月 北京航天飛行控制中心完成使命
    本報北京3月1日訊 記者郭曉宇 通訊員楊冰姜寧今天16時13分10秒，「嫦娥一號」衛星在北京航天飛行控制中心的精確控制下，準確落於月球東經52.36度、南緯1.50度的預定撞擊點，實現了預期目標。