火箭整流罩合罩
每天4+1分鐘——史上最窄窗口
12月2日，長征三號乙改進型運載火箭成功穿越中國發(fā)射史上的最窄窗口，將嫦娥三號探測器順利送入預定軌道，展示了“三姑娘”（嫦三）婀娜的身姿，也在中國運載火箭發(fā)射史上留下了濃墨重彩的一筆。
“保證連續(xù)三天每天有兩個窗口可以發(fā)射”，這是探月工程總體對嫦三任務提出的發(fā)射要求。為此，火箭研制團隊設(shè)計師們進行了大量運算和逐日搜索，最終找到了位于12月上旬的連續(xù)三天，并在每天確定了兩個發(fā)射窗口，一共6個窗口。
每天的第一個窗口寬度都是4分鐘，如果錯過這個窗口，再等50分鐘，可以進入第二個發(fā)射窗口，寬度為1分鐘。據(jù)了解，這種多窗口、窄窗口的設(shè)置是史無前例的，也對屢建功勛的長三乙提出了新的更高要求。
“這次發(fā)射任務的窗口是我們發(fā)射航天器時所遇到的最窄的。”主任設(shè)計師胡煒介紹，“雖然每天有兩個窗口，但是時間都很短，所以要求火箭問題率低，且出現(xiàn)問題能夠快速排除，保證發(fā)射成功。”
3天6個窗口——降低發(fā)射風險
一天兩個窗口可以給發(fā)射提供更多處理問題的機會，減低一天一個窗口存在的風險，提高了火箭發(fā)射的成功率，同時也讓工程參與人員心里更有底數(shù)。3天6個窗口對應6條軌道，每條軌道對應的滑行時間、近地點幅角等都不一樣，所以需要工程各方協(xié)調(diào)配合。
據(jù)介紹，此次發(fā)射窗口是通過一年的時段進行搜索后確定的。長三乙的任務是通過6條軌道中的一條，將嫦娥三號送入地月轉(zhuǎn)移軌道，使其能沿著該軌道飛行，從而進入環(huán)月軌道。
要遞好軌道對接的“接力棒”，需要火箭和探測器兩個研制團隊通過計算使相應的兩根軌道進行匹配。軌道匹配就是軌道根數(shù)能對上，即時間和空間的位置匹配好，如果對不上，探測器將無法到達月球。所以每條完整的軌道都是通過雙方計算軌道的閉合形成。
計算12條軌道——堪比一年工作量
長三乙總設(shè)計師姜杰介紹：“嫦一與通訊衛(wèi)星的發(fā)射，對火箭均沒有太高的要求，火箭只需將衛(wèi)星送到地球同步轉(zhuǎn)移軌道，衛(wèi)星再按照控制要求變軌。而嫦三任務則是要將探測器送到地月轉(zhuǎn)移軌道，所以要考慮地球、月球、太陽三個星體的運動，這對軌道設(shè)計提出了非常高的要求。”
據(jù)了解，軌道交接是逐日測算的，一般情況下，算一條合適的軌道需要幾個月。嫦三任務確定的6條軌道是從上萬條軌道中篩選出來的，且每條軌道后還有一條鈍化段軌道。該軌道可使火箭通過鈍化措施，將多余的燃料和能量卸掉，從而減少產(chǎn)生太空垃圾。
因此，6條軌道加上對應的鈍化段軌道，嫦三發(fā)射任務共計算了12條軌道。如果按長三乙一年發(fā)射10次衛(wèi)星、每次一條軌道計算，嫦三的軌道計算量相當于以往一年的工作量。
姜杰講了這樣一個小插曲：“有一個負責軌道計算工作的設(shè)計人員在完成階段性工作后暈倒了。我們到醫(yī)院看望，他見到我的第一句話是‘姜總，我已經(jīng)把剩余的計算工作和同事交代好了’。”
除了設(shè)計工作，火箭的控制、測量等分系統(tǒng)的測試都是按照軌道情況進行的，所以要做12個相應狀態(tài)的測試。此外，6條軌道都要有設(shè)計結(jié)果和驗證，所以這一發(fā)火箭的工作量可以比肩平日里的6發(fā)。長三乙副總設(shè)計師劉建忠說：“相比發(fā)射嫦二的長三丙，我們現(xiàn)在的任務翻了兩倍。相對于普通衛(wèi)星發(fā)射任務，軌道設(shè)計人員工作量翻了6倍。”
精度提高3倍——如同定位到點
此次發(fā)射之所以選擇窄窗口，是因為任務精度要求大幅提高。
“發(fā)射精度要求高了三倍多。如果說嫦娥二號可以發(fā)射到一條線上，嫦娥三號就只能發(fā)射到一個點上，而這種控制需要通過窄發(fā)射窗口實現(xiàn)。同時，此次發(fā)射采用了雙激光慣組加衛(wèi)星導航修正的復合制導技術(shù)，可保障探測器高精度入軌。”姜杰說。
無論窗口寬窄，運載火箭一般都希望在窗口的前沿發(fā)射，以便出現(xiàn)問題后可以有整個窗口時間反應和處理。窄窗口則給人們留下了更少的機動時間，相應地對工作人員的要求更加嚴格。
為了保證窄窗口發(fā)射不出問題，工作人員對總體控制、測量、利用等分系統(tǒng)進行了改進，但并不是單靠增加冗余，而是在復雜性和可靠性之間進行仔細的權(quán)衡。
胡煒形象地比喻道：“開車去上班，不能因為怕出問題，就后面再跟一輛車。而是要保證汽車可靠一些，可以放些備胎之類的部件。”因此，此次長三乙除了采取一直表現(xiàn)出色的電器冗余，還為動力系統(tǒng)的氣路、液路、閥門、減壓器等以前較難冗余的系統(tǒng)設(shè)計了多套方案，進行了優(yōu)化。
據(jù)了解，該系列火箭已經(jīng)成功發(fā)射50余次，各個系統(tǒng)的應急預案加起來達500多項。除此之外，任務團隊還有聯(lián)動預案，并且針對這次發(fā)射都做了修訂。一些預案在出廠測試時進行了演練，有些預案在到達西昌之后完成了預演。(胡逢超 王旭)