北京航天飛行控制中心——精準(zhǔn)操控牽引嫦娥五號(hào)飛抵月面 北京航天飛行控制中心——精準(zhǔn)操控牽引嫦娥五號(hào)飛抵月面■李瀟帆 宋星光11月30日晚至12月1日凌晨，嫦娥五號(hào)探測(cè)器在北京航天飛行控制中心的精確操控下，完成了兩次降軌變軌，順利將著上組合體調(diào)整進(jìn)入近月點(diǎn)15公里，遠(yuǎn)月點(diǎn)200公里的降軌目標(biāo)軌道，嫦娥五號(hào)已逐步逼近月球。從11月28日嫦娥五號(hào)第一次近月制動(dòng)開始，一系列密集且關(guān)鍵的軌道控制已經(jīng)在有序展開了，第二次近月制動(dòng)、組合體分離、環(huán)月降軌等等，所有操作都離不開軌道這條太空中的生命線，而牢牢掌握這條生命線的就是該中心的軌道團(tuán)隊(duì)。方案預(yù)案精心，讓應(yīng)急不驚心“航天器在天空中一分鐘，我們就牽掛60秒。”北京航天飛行控制中心軌道室主任陳明介紹說，嫦娥五號(hào)任務(wù)各飛行階段耦合性強(qiáng)、推進(jìn)余量低、月面工作時(shí)長(zhǎng)固定等約束條件多，對(duì)軌控策略設(shè)計(jì)、軌道控制精度和應(yīng)急軌道重構(gòu)均提出更高要求。在軌道設(shè)計(jì)上，他們提出了定時(shí)定點(diǎn)著陸定時(shí)起飛規(guī)劃策略。在地月轉(zhuǎn)移、近月制動(dòng)、環(huán)月降軌、動(dòng)力下降4個(gè)飛行階段，進(jìn)行聯(lián)合軌道控制。通過優(yōu)化調(diào)整四器組合體環(huán)月軌道傾角和近月制動(dòng)的法向分量，以保證著上組合體在預(yù)定起飛時(shí)刻的位置位于軌道器環(huán)月軌道面內(nèi)。通過優(yōu)化調(diào)整著上組合體環(huán)月降軌的開機(jī)點(diǎn)位置、時(shí)長(zhǎng)和法向分量，修正近月制動(dòng)控制偏差，并瞄準(zhǔn)動(dòng)力下降點(diǎn)時(shí)刻和位置，以保證在各個(gè)階段飛行偏差情況下均能滿足著陸和起飛控制要求。在軌道設(shè)計(jì)中，還要充分考慮各種突發(fā)情況，具備隨時(shí)處置的能力。由于聯(lián)合軌道控制環(huán)環(huán)相扣，近月制動(dòng)、環(huán)月降軌、動(dòng)力下降等各個(gè)關(guān)鍵控制過程決定任務(wù)成敗，且相互制約，一旦其中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生異常，想要保證應(yīng)急處置后的飛行狀態(tài)回歸的難度極大，這無疑是應(yīng)急軌道重構(gòu)的巨大挑戰(zhàn)。面對(duì)這一難點(diǎn)，嫦娥五號(hào)任務(wù)軌道專家組組長(zhǎng)劉勇，扛起了任務(wù)軌道關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)的重?fù)?dān)。從嫦娥一號(hào)到嫦娥五號(hào)，劉勇用十幾年的夜以繼日換來了眾多關(guān)鍵技術(shù)的突破，確保了歷次任務(wù)航天器在太空中的安全。嫦娥五號(hào)任務(wù)中，他和團(tuán)隊(duì)再次突破了月球高精度定時(shí)定點(diǎn)著陸、定時(shí)起飛、多器聯(lián)合軌道控制快速優(yōu)化、月地返回速度增量最優(yōu)入射和快速優(yōu)化、應(yīng)急軌道控制與軌道重構(gòu)等關(guān)鍵技術(shù)，賦予了探測(cè)器在多種應(yīng)急處置分支下快速調(diào)整能力，讓它在突發(fā)情況后還能回歸正常軌道，繼續(xù)完成后續(xù)工作。測(cè)量計(jì)算到位，讓定軌不脫軌在軌道控制上，除了方案預(yù)案必須想在先做在前，精準(zhǔn)的軌道測(cè)量也是關(guān)鍵詞貫穿始終。這不僅有賴于軌道團(tuán)隊(duì)，飛控中心還有一個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)發(fā)揮著巨大作用，那就是深空干涉測(cè)量系統(tǒng)。探月工程三期嫦娥五號(hào)任務(wù)是北京中心深空干涉測(cè)量系統(tǒng)首次正式參加的重大航天任務(wù)。干涉測(cè)量是一種高精度測(cè)角方法，與測(cè)距、測(cè)速等傳統(tǒng)測(cè)軌技術(shù)共同支撐著深空高精度軌道測(cè)量。北京中心深空干涉測(cè)量系統(tǒng)利用“佳木斯-喀什”基線開展實(shí)時(shí)干涉測(cè)量，為北京中心的軌道計(jì)算崗位提供了高精度干涉測(cè)角數(shù)據(jù)產(chǎn)品，也為嫦娥五號(hào)近月制動(dòng)提供了測(cè)量支撐。據(jù)干涉測(cè)量崗位工程師任天鵬介紹：“我國(guó)的深空干涉測(cè)量系統(tǒng)具有測(cè)站全球布局、基線長(zhǎng)度更長(zhǎng)、基線構(gòu)型豐富的優(yōu)勢(shì)，在嫦娥五號(hào)任務(wù)中，首次開展了‘納米比亞-阿根廷’基線準(zhǔn)實(shí)時(shí)干涉測(cè)量，填補(bǔ)了境外干涉測(cè)量弧段空白，極大支持了探測(cè)器軌道快速確定。”干涉測(cè)量崗位獲取的精準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)提供給軌道團(tuán)隊(duì)，軌道團(tuán)隊(duì)快速完成探測(cè)器的精確軌道確定，他們之間彼此配合，穩(wěn)穩(wěn)握住了嫦娥五號(hào)的生命線。在著上組合體與軌返組合體兩兩分離后，需要實(shí)現(xiàn)對(duì)該雙目標(biāo)的同時(shí)測(cè)控。為此，要統(tǒng)籌把握兩者的測(cè)定軌精度和遙控指令上注要求，對(duì)測(cè)控資源合理調(diào)配。在這一階段，深空干涉測(cè)量系統(tǒng)的觀測(cè)目標(biāo)就是著上組合體，此時(shí)這一手段所具備的高測(cè)角精度得以體現(xiàn)，在定軌過程中對(duì)橫向的位置和速度有較好的約束，有效提高環(huán)月飛行目標(biāo)的定軌精度。多項(xiàng)首次挑戰(zhàn)，軌控貫穿始終嫦娥五號(hào)任務(wù)中，月面起飛、交會(huì)對(duì)接和月地入射在我國(guó)都是首次實(shí)施，這3個(gè)重要控制無疑都直接賦予了軌道團(tuán)隊(duì)巨大壓力。在嫦娥三號(hào)任務(wù)中，著陸器著陸月面后，軌道團(tuán)隊(duì)的任務(wù)基本就已完成，即使是在難度更高的嫦娥四號(hào)任務(wù)中，落月之后軌道團(tuán)隊(duì)只需跟蹤維持“鵲橋”中繼星單個(gè)目標(biāo)。但在本次任務(wù)中，著上組合體著陸后，軌道崗位仍需對(duì)軌道器進(jìn)行多次調(diào)相維持。在四器分離之后，軌道器并不是一直保持在初始的軌道上運(yùn)行，而是要根據(jù)方案通過4次調(diào)相控制到達(dá)預(yù)定的位置等待上升器。就如兩個(gè)人分頭行動(dòng)，約定好時(shí)間地點(diǎn)碰面，因此在月面采樣的同時(shí)，軌道器就要調(diào)相到預(yù)定軌道，再根據(jù)采樣的實(shí)際情況在預(yù)定時(shí)間到達(dá)約定地點(diǎn)。但僅僅控制軌道器是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，軌道團(tuán)隊(duì)還需要根據(jù)月面采樣情況實(shí)時(shí)計(jì)算判斷，并在月面起飛后同時(shí)控制上升器沿著正確軌道與軌道器完成“接頭”。這需要對(duì)上升器完成多次精確的遠(yuǎn)距離導(dǎo)引控制，最終完成月面交會(huì)對(duì)接和樣品轉(zhuǎn)移。此后，還要控制軌返組合體完成月地轉(zhuǎn)移入射，最終實(shí)現(xiàn)載有月壤的返回器重回地球。嫦娥五號(hào)穿梭在浩瀚無垠的太空，唯有這條看不見的軌道線始終將其牽引，讓它能夠飛得高遠(yuǎn)還能平安回來。但在它平安落地之前，北京中心軌道機(jī)房里將會(huì)一直燈火通明，團(tuán)隊(duì)全體成員將用心守護(hù)，確保嫦娥五號(hào)凱旋而歸。