嫦娥四號(hào)“出閣”需擇“良辰吉日”

五年前，嫦娥四號(hào)飛向月背！出征的“良辰吉日” 是怎樣選定的？

2018年12月8日凌晨，伴隨著一聲巨大的轟鳴，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心的黑夜被一束亮光撕出了一個(gè)口子。隨即，這道亮光劃出一道美麗的拋物線，飛向天際。

是夜，我國(guó)用長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭成功發(fā)射嫦娥四號(hào)探測(cè)器，這一重要的歷史時(shí)刻定格在2點(diǎn)23分。

長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭成功發(fā)射嫦娥四號(hào)探測(cè)器

如同婚嫁喜事需要良辰吉日，“嫦娥四號(hào)”發(fā)射的日子也十分講究，發(fā)射時(shí)間是技術(shù)人員經(jīng)過(guò)千挑萬(wàn)選確定的。

良辰吉日是如何圈定在兩天4次6分鐘里的？

每一次火箭發(fā)射都有一個(gè)比較適合發(fā)射的時(shí)間范圍。這個(gè)范圍是根據(jù)航天器本身的要求及外部多種限制條件（比如軌道要求等），經(jīng)綜合分析計(jì)算后確定的。范圍的大小也叫發(fā)射窗口的寬度，窗口寬度有寬有窄，寬的以小時(shí)計(jì)，甚至以天計(jì)算，窄的只有幾十秒，甚至為零。

與普通的發(fā)射相比，探月發(fā)射窗口的選擇要復(fù)雜且困難得多?！霸谶M(jìn)行‘嫦娥四號(hào)’探月發(fā)射窗口選擇時(shí)，需要考慮很多約束條件，要確保航天器與日、地（包括地面點(diǎn)和近地軌道）、月（包括著月點(diǎn)）的相對(duì)關(guān)系滿足月背著陸的需求?！敝袊?guó)航天科技集團(tuán)有限公司一院長(zhǎng)征三號(hào)甲系列型號(hào)辦公室副主任覃藝介紹。

首先，奔月軌道需要調(diào)整近月點(diǎn)經(jīng)度和飛行時(shí)間，使得環(huán)月軌道能夠飛臨著月點(diǎn)上空，為“嫦娥四號(hào)”落月創(chuàng)造條件；其次，在奔月飛行的過(guò)程中，需要考慮探測(cè)器太陽(yáng)帆板的受曬問(wèn)題，要求太陽(yáng)光入射方向與太陽(yáng)帆板之間的夾角保持在一定范圍內(nèi)，這樣才能保證航天器的能量供應(yīng)；最后，在奔月和登月過(guò)程中，要求航天器能夠連續(xù)測(cè)控，保持與地球的聯(lián)系。

“諸多約束的作用并不是相同和均等的，有些約束會(huì)決定發(fā)射的月窗口，而有些約束則決定發(fā)射的日窗口，發(fā)射窗口就是在這些約束作用下形成的發(fā)射機(jī)會(huì)的交集?！隙鹚奶?hào)’要在月背著陸，各種約束關(guān)系更加復(fù)雜，因此發(fā)射窗口只有幾分鐘。”覃藝說(shuō)。

嫦娥四號(hào)著陸月球示意圖

經(jīng)過(guò)大量的計(jì)算，技術(shù)人員為“嫦娥四號(hào)”發(fā)射確定了4個(gè)窗口。雖然窗口有4個(gè)，但分布在連續(xù)的兩天里，1天2個(gè)發(fā)射窗口，窗口之間相隔46分鐘，每天窗口的有效寬度分別是2分鐘和1分鐘。

這就意味著留給“嫦娥四號(hào)”的發(fā)射窗口時(shí)間總共只有6分鐘。

如何讓嫦娥四號(hào)獲得“發(fā)射自由”準(zhǔn)時(shí)升空？

“嫦娥四號(hào)”發(fā)射窄窗口，對(duì)運(yùn)載火箭的適應(yīng)能力提出了前所未有的挑戰(zhàn)。為了確?；鸺梢栽诎l(fā)射窗口要求時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)時(shí)發(fā)射，研制團(tuán)隊(duì)對(duì)軌道設(shè)計(jì)和產(chǎn)品可靠性都進(jìn)行了改進(jìn)。

“一方面采用適應(yīng)多窗口、窄窗口約束的軌道設(shè)計(jì)技術(shù)，另一方面對(duì)火箭主要分系統(tǒng)和重要單機(jī)采取可靠性設(shè)計(jì)和冗余改進(jìn)，確保滿足窄窗口發(fā)射約束?！遍L(zhǎng)三乙火箭總指揮金志強(qiáng)說(shuō)。

同時(shí)，作為使用液體燃料的運(yùn)載火箭，一旦因故錯(cuò)過(guò)發(fā)射窗口，只能泄出推進(jìn)劑，再次組織發(fā)射。這樣一來(lái)，發(fā)射任務(wù)將大大推遲，進(jìn)而對(duì)整個(gè)工程帶來(lái)無(wú)法挽回的損失。

為確?！版隙鹚奶?hào)”的如期發(fā)射，適應(yīng)兩天四窗口的發(fā)射需求，火箭控制系統(tǒng)采用了“窄窗口發(fā)射+多窗口切換”技術(shù)?！昂?jiǎn)單說(shuō)，就是通過(guò)對(duì)飛行軟件諸元的‘在線裝訂’，實(shí)現(xiàn)一天內(nèi)不同飛行時(shí)序的切換，以適應(yīng)多窗口發(fā)射的任務(wù)需求。”覃藝說(shuō)。

控制系統(tǒng)飛行軟件諸元已實(shí)現(xiàn)了在線裝訂，可在射前將修改的軟件通過(guò)串口直接上傳至箭上計(jì)算機(jī)。飛行軟件采用多窗口狀態(tài)切換技術(shù)，通過(guò)地面測(cè)發(fā)控系統(tǒng)的配合，實(shí)現(xiàn)一天中對(duì)兩套飛行時(shí)序的切換。

此外，長(zhǎng)三乙火箭總體研制團(tuán)隊(duì)還提出了低溫推進(jìn)劑加注后停放24小時(shí)進(jìn)入第二天發(fā)射窗口的技術(shù)方案，極大提高了火箭的適應(yīng)能力。