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加班|仅消耗原计划0.3%推进剂：解密嫦娥五号轨道器再“加班”背后故事

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仅消耗原计划0.3%推进剂：解密嫦娥五号轨道器再“加班”背后故事
中新社北京1月13日电 题：仅消耗原计划0.3%推进剂：解密嫦娥五号轨道器再“加班”背后故事
作者 高诗淇 郭超凯
2020年12月17日 ， 嫦娥五号任务轨道器与返回器在距离地球5000公里处实施分离 ， 返回器携带月球样品返回地球 ， 轨道器顺利执行规避机动 。 中国国家航天局近日对外宣布 ， 在完成既定主任务后 ， 嫦娥五号轨道器开展拓展任务 ， 启程飞往距离地球约150万公里的日地拉格朗日L1点 。
嫦娥五号轨道器为什么还能再“加班”？中国运载火箭技术研究院火箭专家介绍道 ， 这是因为托举嫦娥五号探测器升空的长征五号火箭入轨精度非常高 ， 使得嫦娥五号轨道器的地月轨道修正次数减少 ， 用于轨道修正的推进剂实际仅消耗了原计划的0.3% ， 省出大量燃料 。 在完成返回器护送任务后 ， 嫦娥五号轨道器还剩200多公斤推进剂 。 有这么多燃料可用 ， “元气满满”的轨道器自然就有动力继续“加班” 。
此次火箭入轨精度为何如此高？这就要归功于中国运载火箭技术研究院的轨道设计师们 ， 他们为长征五号运载火箭专门精心设计了近乎完美的飞行轨道 。 轨道设计可以说是火箭核心参数的基因和灵魂 。 长征五号运载火箭选择飞行轨道 ， 总体上要经过两轮筛选 。
第一轮是“海选” 。 嫦娥五号要去月球 ， 理想的发射轨道是星箭分离后 ， 嫦娥五号可以直接“滑”到近月点后再点火制动 ， 达到节省推进剂并快速到达月球的目的 。 但是 ， 地月距离在不断变化 ， 发射时间不同 ， 对应的发射轨道也不同 ， 因此 ， 第一轮海选的目标就是确定发射区间 。
综合探测器分离后的太阳能板光照角度、通讯天线指向、月面采样光照和返回器测控等条件 ， 每年10至12月中有2至3天 ， 每天约50分钟符合理想发射窗口要求 。 这个海选过程 ， 可谓“万里挑一” 。
第二轮是“优选” 。 通常一枚火箭有一条轨道就够了 ， 但探月工程三期对火箭发射概率和发射窗口都提出更高要求 ， 为克服台风过境影响 ， 提升故障适应性 ， 轨道设计人员开展了精细化的奔月多轨道设计和关键技术验证攻关 。
海选出的发射窗口被精确切割成一个个小窗口 ， 每个小窗口设计相应发射轨道进行优选 ， 最终确认了2020年11月24、25日的奔月多轨道设计 ， 这些轨道中的每一条都能将嫦娥五号准确送入地月转移轨道 。 发射当天 ， 长征五号运载火箭可以从容地优中选优 ， 从这些轨道中选择一条最符合实际情况的最佳线路 ， 带着嫦娥五号去远行 。
【加班|仅消耗原计划0.3%推进剂：解密嫦娥五号轨道器再“加班”背后故事】设计人员还建立了高精度地月转移多天体飞行力学模型算法 ， 综合发射轨道设计参数影响规律 ， 直接根据嫦娥五号期望的目标轨道参数 ， 优化火箭飞行程序 ， 改变入轨点位置 。 这样一来 ， 嫦娥五号踏上奔月旅程后 ， 就减少了轨道修正次数 ， 省出了“加班”燃料 。 (完)

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