新浪科技综合@火星定制！长五预装42条轨道，飞出中国火箭最快速度新浪科技综合2020-07-23 14:16:490阅
来源：中国航天报
7月23日 ， 长征五号遥四运载火箭与地球完成最后的告别 ， 在一片红色的火光和白色的水气中拔地而起 ， 迈出了中国人探索地外行星的第一步 。
航天科技集团一院研制的长征五号运载火箭起飞推力1000吨 ， 作为我国目前推力最大的火箭 ， 既能将大型卫星送上3.6万公里的地球同步轨道 ， 能送嫦娥五号探测器前往38万公里外的月球取回月壤 ， 还能送航天器飞向更遥远的火星 。
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图1/7中国文昌航天发射场中国的火星探测器踏上征途 ， 它将在未来半年多的时间里朝着火星奔去 ， 让中国航天的步伐迈向更遥远的深空 。
此次任务将通过一次发射 ， 实现火星“绕着巡”任务 ， 对火星开展全球性、综合性的环绕探测 ， 并在火星表面开展区域巡视探测 ， 向世界带来中国人在火星上收获的科学成果 。
10分钟窄窗口 ， 预装42条发射轨道
在世界各国首次探测火星的航天器中 ， “天问一号”火星探测器以5吨的体重位列第一 ， 比“嫦娥四号”月球探测器重了一吨多 ， 是目前我国发射的重量最重的深空探测航天器 。
“依靠长征五号强大的运载能力 ， 我国行星探测之旅将站上一个新的起点 ， 通过一次发射实现对火星的‘绕着巡’三项目标 ， 是起点很高、含金量十足的第一次 ， 将使我国深空探测的脚步从月球迈向行星 ， 正式开启行星探测时代 。 ”一院党委书记、长征五号火箭第一总指挥李明华说 。
火星探测器与长五火箭二级分离时 ， 将进入近地点高度200公里的地火转移轨道 ， 速度（11.5公里/秒~11.7公里/秒）略超过第二宇宙速度（11.2公里/秒） ， 逃脱地球引力束缚 。 而以往长五发射的载荷基本在地球轨道范围内 ， 分离时达到第一宇宙速度7.9公里/秒即可 。
“此次发射火星探测器 ， 是长征五号火箭第一次飞出第二宇宙速度 ， 创下了我国运载火箭的最快速度 。 ”长征五号火箭总设计师李东介绍 。
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图2/7长征五号运载火箭虽然发射窗口选择在火星与地球距离较近的时候 ， 但它们的相对位置仍在时刻变化 。 从发射场到地火转移轨道的近地点 ， 这两点之间的轨道也是一直变化的 ， 这就不同于以往深空探测中只有固定的一条轨道 。
长征五号运载火箭副总设计师娄路亮介绍 ， 火星处于不断运行移动的状态中 ， 如果把发射比作打靶 ， 那么这次“打靶”打的是移动目标 ， 因此没有一个固定位置让你瞄准 ， 要随着目标的移动来瞄准 。
为了精确入轨 ， 火箭研制团队给火星探测器“私人订制”了精细化的“窄窗口、多轨道”设计 ， 将火箭每天30分钟的发射窗口细分成3个10分钟的窗口 ， 每个窗口预装1条发射轨道 ， 7月23日到8月5日 ， 14天的窗口期内一共设计了42条发射轨道 ， 将轨道偏差控制在非常小的范围内 。 娄路亮表示 ， 这在中国航天的发射历史上是绝无仅有的 ， 创造了单次发射轨道设计数量的新纪录 ， 并首次实现了发射轨道的自动切换 。
火箭总体副主任设计师刘秉进一步解释 ， 火箭具备很强的自主能力 ， 依据发射时间 ， 对预装好的轨道程序进行自动切换 。 “发射时间是几点几分 ， 对应哪个窗口、该选择哪条发射轨道 ， 智能化的火箭都能自主完成 ， 不需要人工操作 。 ”
除此以外 ， 长五火箭仅进行了整流罩操作口、透波口的例行更改 。
刘秉表示 ， 长五火箭采用的是通用化设计 ， 在前期研制、验证过程中 ， 已经把后续任务可能遇到的情况考虑进去 ， 基本不需要根据某一个任务去专门做出大的改变 。
以整流罩为例 ， 在研制初期和前期试验中 ， 就把所有可能需要的功能都考虑到了 。 有的载荷需要整流罩上有透波窗口 ， 如果等载荷提出需求再去更改、做试验 ， 不仅影响进度 ， 还会增加研制成本 。 这次的“乘客”火星探测器就需要有透波口 ， 在火箭发射时与地面保持无线电信号传输 。
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图3/7火箭芯二级-整流罩 在这次任务之前 ， 长五系列火箭已完成4次飞行试验 ， 对后续探火、探月要用到的关键技术进行了重点考核 ， 目的就是在正式执行国家重大任务时 ， 尽量少出现新的技术状态 ， 提高可靠性 ， 降低执行重大航天工程任务的风险 。
例如 ， 这枚火箭箭体上有7~8个大的部段在之前经过了“瘦身” ， “瘦身”后的部段在长五B遥一火箭首飞时已经验证过 。 而在本次发射中 ， 火箭末子级在第二次点火前要经过长时间的滑行 ， 这种长时间滑行的技术在长五遥三火箭发射任务中也通过了验证 。
一年之内4次起飞 ， 密集发射的长五
长征五号遥四火箭发射任务是我国第一次执行地外行星轨道探测器的发射任务 ， 也是长征五号火箭第一次执行正式的工程应用发射任务 ， 需要直接将火星探测器送入地火转移轨道 。
该型火箭已经先后完成了高轨大卫星、载人飞船试验船以及深空探测器三类航天器的发射 ， 成为长征火箭家族中唯一可以胜任三种任务类型的火箭 。 在一院院长王小军看来 ， 长征五号火箭进入工程应用阶段 ， 将有力支撑国家重大航天工程的实施 ， 对加快推进航天强国建设发挥重要作用 。
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