嫦娥六號發射全過程:從月背取回月壤,分爲11步,耗時53天

我是空天同學 2024-05-04 07:24:41

5月3日下午5點27分29秒,長征五號遙八火箭點火起飛,整個發射過程圓滿成功,嫦娥六號探測器組合體正式開啓了人類首次月背采樣之旅。

下午開始,海南文昌就烏雲密布。在發射前十多分鍾,發射場區下起了暴雨,淇水灣海灘上有數萬觀衆現場等待,大家即使被澆濕也熱情不減。

在大雨中,長征五號准時點火升空,分秒不差。

嫦娥六號是中國航天2024年的“旗艦級”任務,代表著人類首次進行月球背面的采樣返回工作,具有非常高的科研價值和曆史意義。

(海灘上的衆多人群,打傘觀看火箭發射)

雖然嫦娥六號只是一個無人探測器,但是它的總重量超過8.2噸,比神舟飛船更大、更重。長征五號火箭的強大推力,可以把嫦娥六號直接送入近地點約200公裏、遠地點410000公裏的地月轉移軌道,其訣竅就在于一個字:快。

只有把嫦娥六號加速到足夠速度,才能確保一次性進入地月轉移軌道。

(長征五號火箭攝像機拍到的暴雨雲團)

上圖是長征五號直播畫面中,箭體攝像機在大約六七十公裏高度拍到的,海南上空被暴雨雲團完全覆蓋,火箭的尾迹沖破了雲團。

長征五號遙八運載火箭的主要參數早就公開了,全箭高度約56.97米,起飛質量約867噸;有4個助推器,每個助推器有2台YF-100液氧煤油發動機,單台海平面推力約120噸;芯一級火箭有2台YF-77液氧液氫發動機,單台海平面推力約52噸。全箭地面點火起飛總推力超過1062噸。

雨中發射

此次發射嫦娥六號,采用了“窄窗口、多軌道”的模式,這是因爲地球和月球之間的位置關系,飛到月球有一條最優路線,發射窗口只有數秒,一旦錯過,就要等待下一個窗口。

打個比方,就像是賽車遊戲裏,想要最快速度過彎,往往只有一條最佳路徑,入彎加減速太早或太晚,都會偏離路線,就會浪費時間。對火箭來說,就是浪費燃料。

爲了保證發射成功,科研人員根據火箭的特點和天氣情況,通過精心計算,設計了10條奔月軌道。也就是確保幾乎任何意外情況下,火箭“過彎”都有一條最優路線,從而節省燃料、提高速度。

(嫦娥六號奔月路線示意圖)

通過計算,科研人員確定發射的最佳時間是5月3日17時27分29秒132毫秒,這就是火箭起飛的“零時”。接下來火箭的工作流程如下:

+17.0000秒,火箭程序轉彎;

+175.0495秒,4個助推器燃燒完畢,關機;

+176.0795秒,4個助推器分離;

+326.4445秒,整流罩分離;

+481.3839秒,火箭芯一級燃燒完畢,關機;

+485.1839秒,火箭芯一級分離;

+488.1839秒,火箭二級第一次點火;

+735.0839秒,火箭二級第一次關機,進入滑行段。

爲什麽要有這個滑行段呢?答案很簡單,同樣是因爲地球、月球角度,以及文昌發射場的地理位置所決定的。

這個滑行段將持續16分半,期間二級火箭和嫦娥六號將繞著地球轉小半圈,就像是“賽車過彎”,等到合適的時機出彎,再次點火加速,直接奔向月球了。

+1725.0839秒,火箭二級第二次點火;

+2133.5853秒,火箭二級第二次關機,達到約10.9公裏每秒的速度,進入末端修正;

+2148.5635秒,火箭末端修正結束;

+2218.5653秒,探測器與火箭分離,火箭使命結束。

但這時候還不能宣布火箭發射任務圓滿成功,我國航天的規定是,目標航天器的太陽能帆板順利打開、航天器開始自主供電,意味著航天器在發射過程中一切正常,所有功能都完好無損。只有通過地面遙測信號確認了這一點,我們才能宣布火箭發射任務圓滿成功。

組合體兩套太陽帆板展開

下午6點41分左右,嫦娥六號軌道器、著陸器的兩組太陽能帆板全部順利打開,發射任務圓滿成功。

可以看到兩組太陽板是垂直錯開設計的,避免在太空中互相遮擋陽光。

(大紅屏!)

整個發射過程中,火箭要准確把嫦娥六號送入預定軌道,火箭入軌越精准,嫦娥六號後續飛行所需要進行的調整就越少,燃料消耗就越少,壽命就越長。

對太空中飛行的航天器來說,燃料就是生命,燃料就是一切。上次發射嫦娥五號的時候,長征五號火箭的入軌精度就非常高,嫦娥五號的軌道器節省了很多燃料,因此在完成挖土任務後,還額外進行了很多任務,直到今天依然在運行當中。

宣傳手冊

跟火箭分離之後,嫦娥六號只能算離開了地球,後面還有一系列動作,總共有11個階段,持續五十多天,相當複雜。

5月3日進入地月轉移軌道後,嫦娥六號組合體還將進行1次到3次中途修正。

5月8日上午10時左右,嫦娥六號組合體抵達月球,軌道器開始點火制動,泊入大傾角環月軌道;

6月1日前後,嫦娥六號著陸/上升器組合體,與軌道器/返回器組合體擇機分離;

6月2日前後,軌道器/返回器組合體在月球背面南極-艾肯盆地的阿波羅環形山南端著陸,開始取樣作業。

(嫦娥六號著陸區,與嫦娥四號距離幾百公裏)

爲什麽要選擇在這裏著陸采樣呢?因爲這裏是月球最古老、也是最大的撞擊坑,月球深處的岩漿曾經被撞擊翻到了月表,采集到幾十億年前的珍貴樣品的可能性更大。

6月4日前後,上升器攜帶著月壤樣品,點火起飛,進入環月軌道;

6月6日前後,上升器、軌道器/返回器組合體對接,將月壤樣品轉移至返回器內部密封;

6月20日前後,軌道器/返回器組合體點火,進入地月轉移軌道,開始返回地球;

6月25日前後,在距離地球5000公裏的軌道高度上,返回器與軌道器分離,返回器開始再入大氣層,采用兩段式再入方式,預定降落在四子王旗著陸場,至此任務結束。

(嫦娥六號奔月的11個步驟)

可以看到,這11個步驟,每一步都不能出問題,如果其中一個環節出錯了,後面的步驟就可能全部泡湯了。整個過程也可以看作是載人登月的一次預演。我國航天非常重視此次發射,公布了很多信息,透明度很高。

長征五號火箭團隊可以稍微輕松一下了,但他們休息不了,馬上又要投入到新的發射任務中去。按照計劃,今明兩年內長征五號將進行9次發射,這才是第二次。

而嫦娥六號團隊,目前只是邁出了第一步,更艱巨的任務還在後面。預祝嫦娥六號任務圓滿成功,順利把月球背面的土特産帶回地球。



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