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  原标题:嫦娥五号成功落月,是他们在精准操控“牵引”

  昨天23时11分,嫦娥五号探测器的着陆器、上升器组合体成功着陆月球。嫦娥五号探月任务取得重大进展。记者今天了解到,落月的背后,离不开北京航天飞行控制中心团队的精准操控,正是他们精心“牵引”嫦娥落月。

  从11月28日嫦娥五号第一次近月制动开始,一系列密集且关键的轨道控制已经在有序展开了,第二次近月制动、组合体分离、环月降轨等等,所有的操作都离不开轨道这条太空中的生命线,而牢牢掌握这条生命线的就是飞控中心的轨道团队。

  确保高精度定时定点着陆

  “航天器在天空中一分钟,我们就牵挂60秒。”北京航天飞行控制中心轨道室主任陈明说,嫦娥五号任务各飞行阶段耦合性强、推进余量低、月面工作时长固定等约束条件多,对轨控策略设计、轨道控制精度和应急轨道重构均提出了更高要求。

  在轨道设计上,他们提出了定时定点着陆、定时起飞规划策略。在地月转移、近月制动、环月降轨、动力下降四个飞行阶段进行联合轨道控制。通过优化调整四器组合体环月轨道倾角和近月制动的法向分量,以保证着上组合体在预定起飞时刻的位置位于轨道器环月轨道面内。通过优化调整着上组合体环月降轨的开机点位置、时长和法向分量,修正近月制动控制偏差,并瞄准动力下降点时刻和位置,以保证在各个阶段飞行偏差情况下均能满足着陆和起飞控制要求。

  在轨道设计中,还要充分考虑各种突发情况,具备随时处置的能力。由于联合轨道控制环环相扣,近月制动、环月降轨、动力下降等各个关键控制过程决定任务成败,且相互制约,一旦其中的一个节点发生异常,想要保证应急处置后的飞行状态回归的难度极大,这无疑是应急轨道重构的巨大挑战。

  面对这一难点,嫦娥五号任务轨道专家组组长刘勇扛起了任务轨道关键技术攻关的重担。从嫦娥一号到嫦娥五号,刘勇用十几年的夜以继日换来了众多关键技术突破,确保了历次任务航天器在太空中的安全。嫦娥五号任务中,他和团队再次突破了月球高精度定时定点着陆、定时起飞、多器联合轨道控制快速优化、月地返回速度增量最优入射和快速优化、应急轨道控制与轨道重构等关键技术,赋予了探测器在多种应急快速调整能力,让它在突发情况后还能回归正常轨道,继续完成后续的工作。

  深空干涉精准测量,让“嫦娥”定轨不脱轨

  在轨道控制方面,精准的轨道测量也是关键词贯穿始终。这不仅有赖于轨道团队,飞控中心还有一个关键系统发挥着巨大作用,那就是深空干涉测量系统。探月工程三期嫦娥五号任务是北京中心深空干涉测量系统首次正式参加的重大航天任务。干涉测量是一种高精度测角方法,与测距、测速等传统测轨技术共同支撑着深空高精度轨道测量。北京中心深空干涉测量系统利用“佳木斯-喀什”基线开展实时干涉测量,为北京中心的轨道计算岗位提供了高精度干涉测角数据产品,也为嫦娥五号近月制动提供了测量支撑。

  干涉测量岗位工程师任天鹏介绍,我国的深空干涉测量系统具有测站全球布局、基线长度更长、基线构型丰富的优势,在嫦娥五号任务中,首次开展了“纳米比亚-阿根廷”基线准实时干涉测量,填补了境外干涉测量弧段空白,极大支持了探测器轨道快速确定。干涉测量岗位获取的精准测量数据提供给轨道团队,轨道团队快速完成探测器的精确轨道确定,他们之间彼此配合,稳稳握住了嫦娥五号的生命线。

  同时,在着陆器、上升器组合体与轨道器、返回器组合体分离后,工作人员需要对该双目标同时测控,这就要统筹把握两者的测定轨精度和遥控指令上注要求,合理调配测控资源。在这一阶段,深空干涉测量系统的观测目标就是着陆器、上升器组合体,此时深空干涉测量的优势得以体现,在定轨过程中对目标横向的位置和速度有较好的约束,有效提高环月飞行目标的定轨精度。

  后续采样返回,轨道控制仍需步步“精心”

  嫦娥五号任务中,月面起飞、交会对接和月地入射在我国都是首次实施,这三个重要控制无疑都直接赋予了轨道团队巨大的压力。

  在嫦娥三号任务中,着陆器着陆月面后,轨道团队的任务基本就已完成,即使是在难度更高的嫦娥四号任务中,落月之后轨道团队只需跟踪维持“鹊桥”中继星单个目标。但在本次任务中,着上组合体着陆后,轨道岗位仍需对轨道器进行多次调相维持。在四器分离之后,轨道器并不是一直保持在初始的轨道上运行,而是要根据方案通过四次调相控制到达预定的位置等待上升器。就如两个人分头行动,约定好时间地点碰面,因此在月面采样的同时,轨道器就要调相到预定的轨道,再根据采样的实际情况在预定时间到达约定地点。

  但仅仅控制轨道器是远远不够的,轨道团队还需要根据月面采样情况实时计算判断,并在月面起飞后同时控制上升器沿着正确轨道与轨道器完成“接头”。这需要对上升器完成多次精确的远距离导引控制,最终完成月面交会对接和样品转移。此后,还要控制轨道器、返回器组合体完成月地转移入射,最终实现载有月壤的返回器重回地球。

  嫦娥五号穿梭在浩瀚无垠的太空,唯有这条看不见的轨道线始终将其牵引,让它能够飞得高远还能平安回来。但在它平安落地之前,北京中心轨道机房里将会一直灯火通明,团队全体成员将用心守护,确保嫦娥五号满载而归。

  本文图片:撒亚佳 摄