12月8日，長征三號乙遙三十運載火箭從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心呼嘯而起，成功將嫦娥四號探測器送入地月轉(zhuǎn)移軌道。從嫦娥一號衛(wèi)星至今，這已是長三甲系列火箭第五次執(zhí)行探月工程任務(wù)，并全部取得成功。由于見證了探月工程的每一步，它被人們親切地稱作“嫦娥專列”。

長三甲系列火箭包括長三甲、長三乙、長三丙三種大型低溫液體火箭，承擔(dān)了我國絕大部分高軌航天器發(fā)射任務(wù)。它們是長征火箭家族高強密度發(fā)射的主力軍，也是成功率最高、技術(shù)最成熟的火箭系列，有著“金牌火箭”的美譽。

但記者從中國航天科技集團(tuán)一院了解到，此次托舉“嫦娥”的長三乙遙三十火箭，經(jīng)受了更嚴(yán)格的“探月標(biāo)準(zhǔn)”磨煉。該火箭總指揮金志強說：“執(zhí)行探月工程任務(wù)，要采取特殊保成功措施?！?/p>

新技術(shù)太多風(fēng)險大？提前驗證

與我國上次探月任務(wù)所用火箭相比，長三乙遙三十火箭得到了65項技術(shù)改進(jìn)，分布在發(fā)動機、控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、箭體結(jié)構(gòu)、增壓輸送系統(tǒng)、發(fā)射支持系統(tǒng)等13個分系統(tǒng)中。

為了盡可能減少技術(shù)首次應(yīng)用帶來的不確定性，研制團(tuán)隊統(tǒng)籌安排，借長三甲系列火箭執(zhí)行其他任務(wù)時，對各項改進(jìn)分批進(jìn)行了飛行驗證，以確保安全可靠。

例如在今年10月的一次發(fā)射任務(wù)中，發(fā)動機艙內(nèi)防水與防熱可靠性改進(jìn)通過了飛行考核；伺服機構(gòu)可靠性改進(jìn)，已經(jīng)在兩次以上發(fā)射任務(wù)中得到驗證。

據(jù)統(tǒng)計，在“嫦娥四號”發(fā)射前，已有60項技術(shù)改進(jìn)提前經(jīng)過飛行驗證，讓此次任務(wù)的技術(shù)風(fēng)險大幅降低。

產(chǎn)品指標(biāo)合格就夠了？優(yōu)中選優(yōu)

產(chǎn)品質(zhì)量控制是關(guān)系任務(wù)成敗的重中之重，航天產(chǎn)品每一個元器件、零部件都有完備的指標(biāo)考核體系，任何一個指標(biāo)出現(xiàn)瑕疵，該產(chǎn)品都會在驗收過程中被淘汰。

而探月任務(wù)選擇的產(chǎn)品，指標(biāo)全部合格還不夠，必須優(yōu)中選優(yōu)。

金志強介紹，例如此次任務(wù)所用低溫發(fā)動機，就是從同時裝配的4臺發(fā)動機中，選出了性能更優(yōu)的2臺。

在產(chǎn)品交付前的檢測、試驗過程中，研制團(tuán)隊同樣用上了“探月標(biāo)準(zhǔn)”。

長三乙遙三十火箭總設(shè)計師陳閩慷說，例如火箭貯箱，其液壓試驗、氣密試驗、氦質(zhì)譜檢漏測試時間均比以往增加了30%，以盡可能尋找產(chǎn)品可能存在的缺陷。

在電氣系統(tǒng)產(chǎn)品試驗中，所有電氣產(chǎn)品的通電老煉時間都增加50個小時。在單機產(chǎn)品嚴(yán)格考核基礎(chǔ)上，還增加了系統(tǒng)綜合試驗次數(shù)。

發(fā)射機會轉(zhuǎn)瞬即逝？多重保障

發(fā)射月球探測器需要滿足多方面條件要求，因而“嫦娥四號”必須在特定的2天內(nèi)發(fā)射，每天有2個發(fā)射窗口。第一個窗口的有效寬度為2分鐘，如果錯過，要等46分鐘后進(jìn)入第二個窗口，其有效寬度僅1分鐘。

為了確?；鸺郎?zhǔn)時發(fā)射，研制團(tuán)隊采用了適應(yīng)多窗口、窄窗口約束的軌道設(shè)計技術(shù)，對火箭主要分系統(tǒng)和重要單機進(jìn)行了可靠性設(shè)計、采取了冗余改進(jìn)措施。

為了充分利用2天內(nèi)多窗口的發(fā)射機會，他們還開展了“低溫加注后推遲24小時發(fā)射”技術(shù)創(chuàng)新。在火箭完成液氫、液氧低溫推進(jìn)劑加注后，保持連接器不脫落，就可以推遲24小時發(fā)射?！斑@在國內(nèi)尚屬首次，在一定程度上提高了火箭對任務(wù)的適應(yīng)能力?！标愰}慷說。

不過這些技術(shù)并沒有用上。與此前四次探月任務(wù)一樣，火箭在第一窗口準(zhǔn)時飛向了天空。

除了準(zhǔn)時發(fā)射，要想讓探測器順利飛向月球，火箭運送其進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道的精度也需滿足極高要求。研制團(tuán)隊采用激光慣組優(yōu)選、濾波組合算法優(yōu)化等手段，使此次任務(wù)的設(shè)計入軌精度進(jìn)一步提升，相比嫦娥三號任務(wù)提升了30%以上。

相關(guān)知識

什么是運載火箭發(fā)射窗口？為什么“嫦娥四號”發(fā)射窗口只有幾分鐘？

中國航天科技集團(tuán)有限公司一院一部錢航：發(fā)射窗口指運載火箭發(fā)射比較合適的時間范圍，是根據(jù)航天器本身的要求及外部多種限制條件，經(jīng)綜合分析計算后確定的。時間范圍的大小也叫發(fā)射窗口的寬度。窗口寬度有寬有窄，寬的以小時甚至以天計算，窄的只有幾十秒，甚至為零。

選擇“嫦娥四號”發(fā)射窗口時，需要考慮很多約束條件，使得探測器與日、地（包括地面點和近地軌道）、月（包括著月點）的相對關(guān)系滿足月背著陸需求。

例如，奔月軌道需要調(diào)整近月點經(jīng)度和飛行時間，讓環(huán)月軌道臨近著月點上空，為著陸器登月創(chuàng)造條件。在探測器奔月飛行過程中，要考慮太陽能帆板的受曬問題，要求太陽光入射方向與太陽帆板之間的夾角保持在一定范圍內(nèi)。

此外在飛行和著陸過程中，還要考慮探測器的連續(xù)測控問題。諸多約束條件的作用并不相同，有些決定發(fā)射月窗口，有些決定發(fā)射日窗口，還有一些約束可能形成對立關(guān)系。發(fā)射窗口就是在這些約束作用下，形成的發(fā)射機會的交集?！版隙鹚奶枴币谠卤持?，各種約束關(guān)系特別復(fù)雜，因此發(fā)射窗口只有幾分鐘。

（文中圖片由作者提供）