2007年11月5日,嫦娥一號進入週期12小時的環月軌道,開始繞月飛行!
嫦娥一號,我國首顆月球衛星!
連日來,嫦娥一號奔向月球的每一個過程,人們都倍加關注;它每一個階段成功的消息,都為人們津津樂道。這背後,是中國人幾千年來對於月亮的美好嚮往。“嫦娥”這美妙的名字,本身就濃縮了太多中國人對於月亮的獨特情感。
從西昌大山深處的發射場騰空而起,到衝進雲霄天際,嫦娥一號在人們視線裏不過停留短短的20多秒,發射成功似乎就在一瞬間。然而,這瞬間卻凝聚了中國航天科技工作者們近半個世紀的探索和3年來的辛苦付出。
如今,當全國人民都沉浸在嫦娥一號奔月成功的喜悅中時,我們回首那些幕後英雄們曾經走過的難忘歲月更顯得意義非凡。
論證攻關十三年
時間回溯到2003年底,北京寒冷的冬天。一份厚厚的報告被送進了中南海。2004年1月23日,溫家寶總理在這份報告上簽字,國家正式批准了嫦娥一號計劃的實施方案。同年2月,國防科工委宣佈中國月球探測一期工程正式立項啟動。
實際上,在“嫦娥”工程立項啟動10年之前,我國的探月計劃便已經開始。1994年,歐陽自遠向863計劃專家組遞交一份正式的探月科研報告,並得到認同。幸運地,歐陽自遠得到了一筆科研經費,這筆來自863計劃的經費被稱為“中國人花在月球上的第一筆錢”。
這一年,我國已經啟動了載人航天工程,有人提出可以用有限的資金髮射一顆月球探測衛星,並提出一個簡易的月球探測方案。但是,因為當時對月球探測尚未提出一個完整的發展規劃,缺乏長期和有深度的科學探測目標,同時,航天基礎還不像今天這樣紮實,只能做到簡單的環月飛行,對國家科技發展貢獻有限。這個方案未能實現。
10年後,當年的863申請人歐陽自遠成為中國探月工程首席科學家,他的名字為許多中國人所熟知。
儘管1994年歐陽自遠首次提出探月構想,但中國的探月研究早在三十多年前就已經開始。“那時候主要是學習積累階段,”歐陽自遠回憶説,“我國科學家從1960年開始,一直在跟蹤研究美國和蘇聯每一次發射技術,一直到1994年,我們經歷了35年的準備階段。”而他之所以在1994年提出探月科研報告,是因為隨著“我國經濟實力逐漸雄厚,航天技術的不斷進步”,“月球探測已成為可能”。
此後將近10年裏,圍繞“探月有沒有必要,是否可行”等問題,科學家們進行了反復論證。2000年11月22日,中國政府首次公佈了航天白皮書———《中國的航天》,明確了近期發展目標中包括“開展以月球探測為主的深空探測的預先研究”。
從1994年國家組織相關專家對開展月球探測的必要性、可行性進行初步分析和論證,到2004年國防科工委正式宣佈中國月球探測工程“嫦娥工程”正式實施,前後有50多名院士、150多位專家參加了探月工程的論證和實施準備工作。10年的歷程雖然不平坦,但結局卻令人欣慰。前期大量的分析論證和方案設計工作,為日後3年內如期完成探月計劃奠定了堅實的基礎。
10年反復論證、3年晝夜攻關,嫦娥一號升空背後是中國航天人長達13年的艱辛付出。
“金牌火箭”立新功
月球上有一座環形山叫萬戶山。這個名字源自我國明朝一個叫萬戶的人。傳説,他曾經嘗試在座椅下綁了47支大火箭,手拿兩個大風箏,將火箭一齊點燃。不幸火箭爆炸了,萬戶獻出了寶貴的生命。他被稱為“世界上第一個想利用火箭飛行的人”。
正如我們的祖先在探月過程中的不斷探索,3年來,為了把“嫦娥”成功送上月球,火箭專家們不斷研究、思考,實現了許多技術上的改革與創新。
這次把嫦娥一號送上天的,是由中國運載火箭技術研究院研製的長征三號甲運載火箭。自1996年以來,“長三甲”火箭先後發射14次,次次成功,取得了100%%成功的佳績,是名副其實的“金牌火箭”。
“咱們的火箭,那不是吹牛,十幾年來100%成功,在世界上也是排名靠前的”,西昌衛星發射中心技術部總工程師程靜驕傲地説。
但是,即便是“金牌火箭”,要把“嫦娥”送上月球也並不是一件容易的事情。“嫦娥”2350千克的沉重“身體”,地球與月球間384400公里的遙遠距離,都給“長三甲”帶來了不小的壓力。
然而最大的壓力來自發射窗口特殊性帶來的高難度要求。航天科技集團公司副總經理雷凡培説:“‘金牌火箭’雖然已經成功發射多次,但這次發射卻不同以往。發射窗口的特殊性,給火箭發射帶來了意想不到的難度。發射嫦娥一號衛星由於受到奔月點和進入制動點等條件的嚴格限制,火箭必須在十分有限的發射窗口發射。嫦娥一號衛星的發射窗口每年上半年和下半年各有一次,每次只有三天,每天只有35分鐘。”
發射時間的準確性與探月衛星能否成功發射關係巨大。航天科技集團宇航部部長趙小津説:“錯過發射窗口,今年就打不了了。如果燃料加注後,火箭出現什麼問題不能打,把燃料泄出來需要7天的時間,這樣就錯過了窗口時段,無法完成發射。這種情況對運載火箭提出了非常高的要求———火箭在各項工作中不能有任何失誤。”
如何保證“長三甲”在發射過程中做到萬無一失?這是研究人員面臨的重要課題。
為此,中國運載火箭技術研究院在一些關鍵環節上對火箭進行改進,進一步提高了火箭的可靠性。為保證衛星成功發射,順利完成星箭分離等動作,火箭系統在測試和裝配過程中,嚴格執行規程,保證了産品的質量和進度。同時産品進入發射場後,進一步從預案上認真研究,共進行了四次總檢,保證了良好的狀態。
發射前一天,在西昌衛星發射中心見到程靜時,他還一臉嚴肅地告訴記者説:“每一次火箭燃料的加注,我們都格外小心。不管是常規燃料加注前,還是低溫燃料加注前,國防科工委、航天科技集團領導和航天老專家們都要一起聽取彙報,進行火箭加注前的評審。”
“那個陣勢,你們都沒有見過,非常緊張的!”程靜大手一揮,認真地説。
除了可靠性、安全性的進一步加強,“長三甲”火箭系統技術上的改進在所難免。為了執行嫦娥一號衛星發射任務,火箭研製人員對長征三號甲作了適應性改進,應用了5項科技創新項目。它們分別是:長征三號甲系列火箭遠距離通用測試發控系統總體設計;控制系統系統級冗余技術研究與應用;三級氫氧發動機校準試車後不分解技術研究與應用;激光慣性測量組合技術研究與應用;五是可靠性增長項目應用。
這一次,“長三甲”火箭再次不辱使命,圓滿完成了發射任務,準確地把嫦娥一號衛星送入了預定軌道。
38萬公里大飛躍
嫦娥一號在中國航天發展史上具有里程碑式的意義。它意味著我們的飛行器能離開地球到別的星球上進行深空探測。中國繞月探測工程月球應用科學首席科學家歐陽自遠,將之總結為“這是我們第一次離開地球”。
以往我們發射的都是地球衛星,而嫦娥是月球衛星;以前都是繞地球飛行,嫦娥要經過38萬公里飛到月球上去;以往飛行器最遠的軌道也只有8萬公里,現在這個月球衛星要到38萬公里,這是一個很大的飛躍。
能否成功進入月球軌道,能否在飛行中成功實現8次以上變軌,能否實現多次近月制動,能否讓紫外敏感器準確進行姿態確定,能否實現遠程測控通信,都需要實現人造地球衛星不具備的關鍵技術。
如何去?去了之後如何工作?都讓研究人員壓力不小。
在嫦娥一號衛星總設計師葉培建、副總設計師孫澤洲的帶領下,“嫦娥”團隊開始了艱苦卓絕的技術攻關。為了讓“嫦娥”跨越如此遙遠的距離順利奔向月球,研製人員先後攻克了衛星軌道設計、大幅度提升遠距離測控技術等多項技術難關。
國際上走在深空探測最前沿的國家,進行月球探測的第一步往往選擇“撞”或者“掠”,即利用撞向月球或者從月球身邊掠過的時間,對月球進行基本的探測,在掌握了月球的一些基本數據後再進行繞月飛行,而嫦娥一號衛星起點就是“繞”!
怎樣才能選擇一條既精準又合適的地—月轉移軌道,並在異常複雜的太空環境下調整、維持和優化軌道呢?這對設計人員來説是一個棘手的任務。他們通過極其精確的分析求解,建立中途修正的數學模型,同時巧妙利用調相軌道擴大發射窗口的能力。按照設計方案,嫦娥一號衛星發射後先在三個調相軌道運行幾天,軌道週期分別是16、24和48小時,之後將奔月而去,並在抵達月球前“急剎車”,在繞月軌道上圍繞月球極地軌道做三次軌道調整後進入預定工作軌道。
需要克服的技術障礙還有很多,最大的問題就是天線無法接受到信號。地面最高的衛星是3.6萬公里,但月球離地球38萬公里,嫦娥一號的信號傳到地球時將會以百倍速度下降。天線能量提高不了,地面就不能預演。
最終解放軍總裝備部在青島和新疆喀什站分別建了兩個大天線,直徑從12米加到18米。“可接受的信息余量大了一點,但到底行不行還是沒底。最後利用法國衛星來檢測,才發現測控能力可以完成對嫦娥一號的跟蹤和測量”。
嫦娥一號衛星經歷了很長的摸索、設計過程,在這個過程中研究人員不斷交流、碰撞、協作。嫦娥一號衛星副總設計師孫澤洲説:“我們每個人都盡可能地去了解系統環境,並盡可能地讓別人認同這種了解,從而使很多棘手的問題得到了解決。”
嫦娥一號衛星的先進在於應用成熟技術實現新的任務要求。“它的自主創新幅度非常大,這些創新的先進性和可靠性能否得到承認,對科研人員來説都是極大的考驗”,孫澤洲説,“我們的心總是懸著的”。
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