今天上午，記者再次走進發(fā)射前的西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，為即將出征的“嫦娥三姑娘”送行。西昌發(fā)射中心，坐落在西昌城北60公里的峽谷中。衛(wèi)星發(fā)射測試，指揮控制，跟蹤測量，通信，氣象，勤務保障六大系統(tǒng)的相應場區(qū)，都分散在峽谷之中的不同區(qū)域。76米高的發(fā)射塔架和300多米高的避雷塔，巍峨地聳立于峽谷的底端。這里是一個三面環(huán)山，向東南開口的半封閉小盆地，面積約2平方公里。
大山深處的西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射場，靜謐而肅穆。今天上午，已經(jīng)確認了嫦娥三號的狀態(tài)監(jiān)測，下午5點半開始加注低溫燃料。這里的一切準備工作都在靜悄悄地進行著，發(fā)射場一片空寂，平靜之下掩藏著航天人激動的心情和焦急的渴望。
高高的發(fā)射塔巍然聳立，銀白色塔體上，“中國西昌衛(wèi)星發(fā)射中心”幾個大字遒勁有力，一座高達97米的活動塔將發(fā)射架包裹起來，人們只能通過活動塔上方看到一截白色的整流罩，整裝待“嫁”的“嫦娥三姑娘”羞澀地藏于“閨中”，靜待出征。
工作人員介紹，塔架由11層工作平臺和相對應的電纜提桿組成，同時對星箭進行吊裝對接，加注燃料和垂直測試。下午5點半，活動塔將張開雙臂，放開緊緊擁在懷里的“嫦娥三姑娘”，活動塔會坐著鐵軌移動到不遠處，只剩下嫦娥三號與發(fā)射塔架等待著飛天的緊張一刻。
低溫推進劑加注早晚一分都不行
今天上午，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心已進入發(fā)射前工作程序。火箭常規(guī)推進劑昨天已經(jīng)開始加注，預示火箭進入發(fā)射程序。今天下午，在發(fā)射前數(shù)小時，質(zhì)量更輕、能量更高的低溫推進劑也將被加注。
任務發(fā)射場區(qū)指揮部副指揮長趙民介紹，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心作為我國唯一使用低溫推進劑的發(fā)射場，使用的低溫推進劑包括液氫、液氧和液氮。加注液氮和液氧必須滴液不漏。此外，加注低溫推進劑的時間不能早一分或晚一分，早一分就會造成揮發(fā)，晚一分又有可能錯過發(fā)射窗口。因此，低溫推進劑加注一直到發(fā)射前4分半鐘才能完成。操作中既要防凍傷，又要防明火、靜電等。
趙民介紹說，中心已形成了一整套防護方法，包括加強現(xiàn)場管理，禁止手機、打火機等進入加注現(xiàn)場50米范圍內(nèi)；研發(fā)了氫報警裝置；進入加注程序后，一律使用防爆電源等。
氣象預報誤差不能超過一攝氏度
在嫦娥三號發(fā)射任務中，發(fā)射場氣象部門主要承擔兩項任務：一是提供高空風探測數(shù)據(jù)，二是提供天氣溫度的預報。
世界航天史上，曾有過因高空風問題導致失敗的案例。11月、12月的西昌處于高空風的多發(fā)期，這給嫦娥三號任務的成功發(fā)射增加了難度。中心對近40年的氣候資料進行分析比對，對8000米到12000米的高空風進行精確預測，氣溫預報誤差不超過一攝氏度。同時，火箭自身也采取了很多防止高空風的設計和措施。目前預測，發(fā)射當天天氣狀況良好。
“12月份，西昌的降雨雷暴較弱，影響火箭發(fā)射主要是高空風，它直接影響著火箭的飛行軌道。”西昌衛(wèi)星發(fā)射中心高級工程師江曉華說。
氣溫是影響嫦娥三號發(fā)射的另一重要因素。“因為低溫火箭的助推劑是液氫液氧，對溫度有著極高的要求。”江曉華說，液氫的溫度是零下253攝氏度，液氧是零下183攝氏度。隨著空氣溫度的變化，燃料揮發(fā)程度也不同，這直接影響著加注量。如果不能準確預報場區(qū)發(fā)射時刻的溫度，液氫液氧加注量的變化將影響火箭的推力。
“嫦娥三號衛(wèi)星的發(fā)射‘窗口’——也就是適宜發(fā)射的時間范圍只有3天，不像其他任務每天都是‘窗口’，這對氣象預報的要求更高。”江曉華說。
“我們開展了區(qū)域精細化預報：逐時逐段精確預報以發(fā)射塔為中心3公里范圍的氣溫、濕度、云量、地面風、高空風等氣象情況，為探測器創(chuàng)造最好的奔月條件。”發(fā)射中心氣象室主任汪正林說。
氣象人員對場區(qū)30多年來的高空風探測資料進行了詳細統(tǒng)計分析，建立了天氣預報模型。 隨著發(fā)射時間的臨近，對高空風的探測次數(shù)不斷增加。
“為了能準確預報發(fā)射場區(qū)發(fā)射階段的氣溫，我們確定的預報溫度誤差標準不能超過一攝氏度。”江曉華說，發(fā)射中心擁有較為完善的雷電預警系統(tǒng)，可以將發(fā)射場區(qū)雨季短期預報、雷電綜合預報的準確率提高到95%以上。
除了對發(fā)射場區(qū)的氣候資料進行專題統(tǒng)計、分析研究外，他們還通過歐洲中心氣象局、國家氣象局和基地區(qū)域小范圍預報，分析發(fā)射場區(qū)情況。
火箭發(fā)射
四大挑戰(zhàn)
探月工程發(fā)射場系統(tǒng)副指揮長趙民在接受記者采訪時說，嫦娥三號技術(shù)狀態(tài)新、要求標準嚴、技術(shù)難度大，火箭發(fā)射要克服四大挑戰(zhàn)。
低溫燃料加注。長征三號乙運載火箭三級采用的是液氫、液氧推進劑。液氫的保存溫度為零下253攝氏度，液氧的保存溫度為零下183攝氏度，在加注時燃料不可避免地產(chǎn)生揮發(fā)，所以必須精確計算燃料的加注量。如果第一窗口不能發(fā)射，還涉及將液氫液氧的卸出問題，極易使火箭保溫箱發(fā)生損壞，不僅會影響低溫燃料的再次加注，還可能導致爆炸。
氣候復雜多變。西昌屬山區(qū)地形，素有“十里不同天”之稱，氣候變化頻繁。此外，火箭低溫燃料加注對溫度變化要求很高，這些無疑給氣象預報增加了不小的難度。
“零窗口”發(fā)射要求高。嫦娥三號任務是多窗口、窄寬度發(fā)射。12月共有3天6個窗口。發(fā)射窗口最長4分鐘，最短的僅為1分鐘，對發(fā)射的精準度要求很高。一旦第一個發(fā)射窗口不能發(fā)射，必須要盡快進入第二個發(fā)射窗口的工作狀態(tài)。根據(jù)任務安排，第一個發(fā)射窗口與第二個發(fā)射窗口間隔僅40多分鐘，所以轉(zhuǎn)換難度很大，對快速確定不同參數(shù)等方面提出更高要求。
多重任務交叉重疊。發(fā)射場在執(zhí)行嫦娥三號任務時，還承擔了其他航天器的發(fā)射任務。這給發(fā)射中心及各系統(tǒng)間的組織指揮、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、質(zhì)量監(jiān)督和人員調(diào)配提出挑戰(zhàn)。
火箭系統(tǒng)
六大改進
“嫦娥三號”任務運載火箭系統(tǒng)總設計師姜杰介紹，任務對火箭系統(tǒng)在運載能力等方面提出了更高的要求，火箭系統(tǒng)也實現(xiàn)了六大改進來應對新的挑戰(zhàn)。
由于嫦娥三號比嫦娥二號重了1000多公斤，入軌精度提高3倍多，需要突破多項技術(shù)才能滿足發(fā)射要求，因此托舉嫦娥三號探測器奔月的重任交給了長征三號乙改進型火箭。這一型號的火箭長56米多，捆綁有4個助推器，起飛重量約456噸，也是目前中國運載能力最強的三級液體火箭。它的任務是將嫦娥三號送到近地點200公里，遠地點約38萬公里的地月轉(zhuǎn)移軌道。
此次嫦娥三號任務是多窗口、窄寬度發(fā)射。“3天6個發(fā)射窗口，每個窗口的發(fā)射時間間隔非常短。”姜杰介紹，相比嫦娥二號任務，嫦娥三號任務對運載火箭系統(tǒng)的運載能力、入軌精度、發(fā)射窗口、適應能力等方面提出了更高的要求。
為適應任務要求，火箭系統(tǒng)實現(xiàn)了“六大改進”。不僅對火箭的運載能力、高精度導航制導能力、可靠性、適應性、多窗口發(fā)射能力等方面作了改進，火箭的箭身上還加裝了一組攝像頭，可以看到飛行過程中的重要分離動作。
比如，由于此次嫦娥三號探測器與此前的嫦娥一號、二號在外形結(jié)構(gòu)上有較大變化，因此火箭設計了新的探測器支架，也就是火箭與探測器之間的機械連接機構(gòu)，以提高火箭的適應性。“全新的支架結(jié)構(gòu)可以保證在飛行過程中，探測器‘坐’在火箭上能夠可靠、舒適、安全。”據(jù)了解，此次任務是自1994年首飛以來，長三甲系列的第58次發(fā)射任務，同時也是長三乙這一型號的第25次發(fā)射。
落月探測
1
嫦娥三號從距離月面15公里高度的近月點開始下降，自由降落到約100米的距離后，反沖小火箭開啟，造成阻力，減速下降。
利用微波測距敏感器、激光測距敏感器等進行對月測距測速，利用光學成像敏感器等進行避障。
2
在距離更為接近月球表面時，嫦娥三號則會懸停一段時間，選擇最佳著陸點。確定目標后，在距月球表面約4米高度時，發(fā)動機熄火關機，穩(wěn)穩(wěn)降落。
3
著陸后將釋放巡視器——“玉兔號”月球車。月球車首先會被移動到轉(zhuǎn)移機構(gòu)上，通過轉(zhuǎn)移機構(gòu)離開著陸器。
“玉兔號”月球車離開著陸器，抵達月面。著陸器和“玉兔號”進入工作狀態(tài)。月晝時，著陸器就地展開科學探測，“玉兔號”則在月面巡視勘察。月夜時，設備斷電休眠，依靠同位素熱源 4
保持溫度；月夜后，通過光照自主喚醒。著陸器將在月面工作一年，“玉兔號”將巡視勘察3個月。
