23日,西昌卫星发射中心正迎来一次重要的发射任务——发射一颗飞行试验器,飞抵月球附近后自动返回。
2007年我国第一颗月球探测卫星“嫦娥一号”成功进入太空。中国探月工程在圆满完成一期“绕”——绕月探测、二期“落”——月面软着陆和自动巡视勘测任务后,全面进入探月三期“回”——“无人自动取样返回”的任务阶段。
“小飞”娇小却坚强
飞行试验器名字太长,记者姑且给它取名“小飞”。中国航天科技集团第五研究院的专家们,向记者揭开了“小飞”的神秘面纱。
据了解,这次飞行器试验的目的是通过真实飞行,获取试验数据,验证未来探月三期主任务星“嫦娥五号”以接近第二宇宙速度(11.2公里/秒)再入返回地球的相关轨道设计、气动、热防护、制导导航与控制等关键技术,为“嫦娥五号”执行“无人自动取样返回”积累经验。
总而言之,这次只是为“嫦娥五号”执行任务之前所做的一次飞行试验。
与神舟飞船“大哥哥”的强壮身形相比,“小飞”身姿娇小婉约,它的返回器只有神舟飞船返回舱的十分之一。
可别被“小飞”婉约的气质所倾倒,由身着金色多层材料的服务舱、银色返回舱组成的“小飞”,远看犹如穿“金衣”着“白甲”的将领。“娘家人”五院为它量身订制了各类“钢筋铁骨”,可以说它是“飞坚强”。
深空探测从来就没有康庄大道,探索路上遍布荆棘和未知的挑战。据飞行试验器总指挥、总设计师杨孟飞介绍,此次“小飞”出行,如何安全地“回娘家”就是一个艰巨的挑战。如从高空往下扔石头一样,距离地面越高,石头落地的速度就越快,“小飞”要从距离地球38万公里的月球返回,到达地球时的速度将会十分“恐怖”,与之相随的摩擦热防护等风险严重威胁着“小飞”,它的主要任务就是解决怎么顺利飞到月球和怎么从月球安全和顺利地回来。
为了节省发射成本,“快、好、省”地验证这一技术,五院的科技工作者巧妙设计了“小飞”娇小的外形和强健的体魄,并在新产品、新技术、新工艺上下足了功夫,通过一系列的技术创新,为“小飞”武装起了更轻量、更稳定、耐高温性更强的“霓虹羽衣”,为它在天地的自由、安全驰骋保驾护航。
杨孟飞介绍,飞行试验器由服务舱和返回器组成,其中,服务舱是名副其实的“大块头”,而返回器是与“大块头”紧密相连的“小不点”。
飞行试验器共有十一个分系统,即:结构分系统、机构分系统、热控分系统、数管分系统、供配电分系统、测控数传分系统、天线分系统、工程参数测量分系统、GNC、服务舱推进分系统、回收分系统。服务舱以嫦娥二号卫星平台为基础进行适应性改进设计,而返回器则与探月三期正式任务中返回器的状态基本保持一致。
验证6项关键技术
探月工程三期副总设计师郝希凡表示,这次飞行任务将为探月三期验证6项关键技术。
第一、验证返回器气动外形设计技术。利用飞行试验获取数据对返回器气动设计的正确性进行验证,通过数据分析比对修正返回器气动设计数据库。
第二、验证返回器防热技术。通过飞行过程中防热结构温度变化历程对防热结构设计进行评估,提高热分析的准确性。测量返回器热蚀情况。
第三、验证返回器“半弹道跳跃式”高速再入导航制导与控制系统技术。
第四、验证月地返回及再入返回地面测控支持能力。针对返回器高动态、散布范围大、跟踪捕获难等特点,综合开展总体设计、分析和试验。
第五、验证返回器可靠着陆技术。利用返回器内侧、外侧、遥测和气象数据对返回器可靠着陆技术进行验证。
第六、验证返回器可靠回收技术。通过返回器搜索回收,验证空地协同搜索回收工作方法,同时具备地面独立搜索能力。
探月工程进程加快
激流勇进的深空探测舞台向来讲求争分夺秒、以快为先。我国计划于2017年在海南文昌航天发射中心发射嫦娥五号月球探测器,进行无人自动采样返回试验。而实施月地返回、半弹道跳跃式高速再入返回、返回器气动外形设计、返回器防热设计、验证半弹道跳跃式再入制导、导航与控制以及轻小型化回收着陆技术等六大技术难点是决定任务成败的关键。
为了验证这些无法在地面进行试验的技术,“小飞”甘当开路先锋,与时间赛跑。
“小飞”这么快就“出阁”,得益于不断提速的探月工程实施进程。中国科学院院士、五院科技委顾问叶培建指出,探月工程“绕、落、回”三步走的战略步骤,相互关联,又不完全顺序排列,拿二期工程“落”和三期工程“回”来说,两期任务各自有安排。从嫦娥一号、二号到三号任务,每次任务都完成的十分出色,原有的一些备份星的计划安排也就相应做了调整,整个探月工程的进程实际上加快了。