實現多個「首次」!航天科技集團六院107臺發動機護送「嫦娥」攬月...

2020-12-26 央廣網

央廣網西安12月17日消息(記者劉濤 通訊員朱怡藍)12月17日,歷經23天的太空探索,出色完成數次高難度的精準操作,嫦娥五號返回器終於攜帶著珍貴的月壤標本,成功降落在預定著陸地點,我國首次月面自動採樣返回任務取得圓滿成功。

這一刻,是中國探月之旅在歷經13年的「繞落」跋涉之後,堅實踏下的「回家」腳步;這一刻,也是人類時隔48年之後,再次將月球探測地月往返之旅達成的激動瞬間;這一刻,更是航天科技集團六院107臺性能功能各異的大小發動機全程暖心護航,推舉長徵五號火箭進入預定軌道,助推嫦娥五號探測器實現一個個高難動作,最終順利攬月返鄉的完美見證。

在23天內,嫦娥五號探測器已經多次刷新了中國深空探測技術的高度,完成了多項國內「首次」,即首次在月球表面自動採樣、首次從月面起飛、首次在月球軌道無人交會對接與樣品轉移、首次帶著月壤以接近第二宇宙速度返回地球。不僅如此,嫦娥五號完成的月球軌道無人交會對接與樣品轉移動作,更是世界首次,增添了世界探月歷史的新紀錄。

航天六院共研製交付了107臺大小發動機,其中長徵五號遙五火箭上配套30臺發動機,包含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噸級膨脹循環氫氧發動機,全部是我國新一代綠色環保發動機。沒有這三型液氧煤油發動機和氫氧發動機,就沒有長徵五號火箭名列前茅的運載能力,我國首個火星探測器和嫦娥五號探測器這樣大型的深空探測器也就不可能實現發射。它們,是六院科研團隊歷時近20年,為我國新一代運載火箭研製出的主動力裝置。

嫦娥五號採用軌道器、返回器、著陸器、上升器的四器串聯構型,探測器的飛行模式也有多種組合,存在四器組合體、著上組合體、軌返組合體等形態,任務全程要經歷多種飛行姿態和數十次姿態調整。六院為探測器配套77臺發動機,既為其提供主要動力,又為其提供俯仰、偏航、滾動的姿態指向控制力矩和軌道調整動力,從而出色完成軌道修正、近月制動、月面上升等一系列繁重任務。尤其是為探測器量身定做的2型3臺新型發動機——3000N軌控發動機和7500N變推力發動機,發揮關鍵作用,全程為探測器落月、取樣和返回提供動力保障。

11月28日20時許,經過約112小時的奔月飛行,經歷2次軌道修正,在距離月面約400公裡處,重達8噸的嫦娥五號探測器上,3000N發動機成功實施點火,這一腳「太空剎車」精準實現嫦娥五號探測器的近月制動,從而成功被月球引力捕獲,順利進入環月軌道。一天之後,第二次近月制動再次成功實施,嫦娥五號得以最終進入200公裡的環月圓軌道,為執行落月任務做好準備。

12月1日23時許,在位於月球正面風暴洋的呂姆克山脈以北地區,這片人類探測器此前從未到訪的地方,嫦娥五號探測器輕盈地踏上月球。7500N變推力發動機展開工作,歷經主動減速、快速調整、接近、懸停避障、緩速下降和自由下落段,這穩穩地一落看似輕鬆,卻凝聚著六院眾多科研人員的智慧和心血。

12月3日23時10分,嫦娥五號上升器月面點火,3000N發動機工作約6分鐘後,將上升器順利送入環月軌道,我國首次地外天體起飛就此實現。為克服發動機羽流導流空間受限、地月環境差異等問題,在3000N發動機研製中,六院研製團隊高度重視發動機的環境適應性,充分考慮嫦娥五號探測器面臨的空間環境條件和著陸器的特殊任務需求,優化技術方案,對發動機可能的工作環境進行充分的驗證。在提高發動機性能的同時,控制發動機推力室溫度,充分兼顧可靠、充裕的冷卻,從而保證了發動機長壽命可靠工作。

12月6日5時42分,嫦娥五號上升器歷經4次軌道調整,成功與軌道器返回器組合體交會對接,並於6時12分將月球樣品容器安全轉移至返回器中,完美實現了我國首次月球軌道交會對接。此次任務中,六院共為軌道器、上升器和著陸器研製了我國目前空間飛行器最複雜的三套推進系統。結合嫦娥五號探測器首次月面起飛、首次在38萬公裡外的月球軌道上無人交會對接、首次攜帶月壤以接近第二宇宙速度返回地球等每一階段特殊要求,六院科研團隊對推進分系統的發動機產品開展了多項技術攻關。軌道器上的3000N發動機,為地月轉移、月地轉移中途修正、近月制動、離月加速持續提供著源源不斷的推力。

12月6日12時35分,嫦娥五號返回器與上升器分離,進入環月等待階段。當返回器從38萬公裡遠的月球疾馳向地球時,飛行速度達到接近每秒11公裡的宇宙第二速度,這與以往太空飛行器從數百公裡高的近地軌道返回地球時,所保持的每秒8公裡的第一宇宙速度差距巨大。為幫助返回器減速飛行而計劃採用的半彈道跳躍式再入返回技術方案,要求返回器先以高速進入大氣層,再藉助大氣層提供的升力躍出大氣層,再以第一宇宙速度扎入大氣層,仿佛「打水漂」一般。這一階段中,除了3000N發動機的長程點火、持續發力、精確依據指令運行外,軌道器上的38臺姿控發動機也一路精準護航,使返回器始終保持正確的姿態指向,最終得以安全返回地面。

嫦娥五號任務的成功實施,成為了我國探月歷史上一座意義非凡的重要裡程碑,並為後續我國開展更為深入的月球探測奠定下堅實的技術基礎。而航天科技集團六院107臺發動機圓滿完成本次助推任務,為嫦娥五號落月採樣返回任務全程保駕護航,也將成為六院科研人員勇攀液體動力高峰的新標杆和新高度。

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