北京时间12月1日23时许,嫦娥五号探测器在预先选定的月球着陆区成功着陆。成功登月离不开北京航天控制中心团队的精确控制,他们小心翼翼地"带领"嫦娥奔月。
自11月28日嫦娥五号最近几个月首次刹车以来,一系列密集、关键的轨道控制有序进行。最近几个月的第二次刹车,组件分离,绕月轨道下降等。,所有的操作都离不开赛道,赛道是“泰空”的生命线,北京飞行控制中心的赛道团队牢牢抓住了这条生命线。
“嫦娥五号在泰空一分钟,我们关注60秒。"
“嫦娥5号在泰空一分钟,我们关注60秒。北京航天控制中心轨道办公室主任陈明表示,嫦娥五号任务存在耦合性强、推进裕度低、月面工作时间固定等诸多制约因素,对轨道控制策略设计、轨道控制精度和应急轨道重构提出了更高要求。
在轨道设计上,他们提出了定点起降的规划策略。联合轨道控制分四个飞行阶段进行:地月转移、近月制动、绕月轨道下降和动力下降。
陈明说,由于联合轨道控制的环环相扣,最近几个月的刹车、绕月轨道下降和功率下降等关键控制过程决定了任务的成败,相互制约。一旦其中一个节点出现异常,应急处理后极难保证飞行状态的恢复,这对应急轨道重建无疑是一个巨大的挑战。
嫦娥五号任务轨道专家组组长刘墉及其团队突破了高精度定点登月、定时起飞、多飞行器联合轨道控制快速优化、月地返回速度增量最优入射快速优化、应急轨道控制和轨道重构等关键技术,赋予探测器在各种突发事件下快速调整的能力,使其在突发事件后能够恢复正常轨道,继续完成后续工作。
深度空干涉精密测量,使“嫦娥”定轨不脱轨
在轨道控制中,精确的轨道测量也是贯穿始终的一个关键词。这不仅取决于跟踪团队,还取决于飞行控制中心的一个关键系统,即deep 空干涉测量系统。
嫦娥五号是探月工程的第三阶段,是北京中央深空空干涉测量系统正式参与的首个重大空间任务。据干涉测量工程师任介绍,干涉测量是一种高精度角度测量方法,它支持深度空高精度轨道测量以及测距、测速等传统轨道测量技术。北京中心深圳空干涉测量系统利用“佳木斯-喀什”基线进行实时干涉测量,为北京中心航迹计算岗提供高精度干涉测角数据产品,也为近几个月嫦娥五号刹车提供测量支持。
任表示,中国的deep 空干涉测量系统具有台站全球布局、基线长度较长、基线配置丰富等优势。嫦娥五号任务首次进行了“纳阿”基线准实时干涉测量,填补了国外干涉测量的弧段空,极大地支持了探测器轨道的快速确定。
他告诉记者,从干涉测量站获得的精确测量数据被提供给了轨道小组,轨道小组很快完成了探测器的精确定轨,他们相互合作,牢牢地抓住了嫦娥五号的生命线。
同时,着陆器和升降舵的组合与轨道器和返回器的组合分离后,工作人员需要同时对两个目标进行测量和控制,因此需要掌握轨道测量的精度和遥控指令的注入要求,合理分配测控资源。
在这一阶段,深海空干涉测量系统的观测目标是着陆器和立管的组合。此时体现了deep 空干涉测量法的优点,在定轨过程中很好地约束了目标的横向位置和速度,有效地提高了定轨目标的定轨精度。
后续的采样返回,轨迹控制还是需要一步一步“小心”的
在嫦娥五号任务中,月球的起飞、交会对接和月地事件都是在中国首次实施的。这三个重要的控制直接给轨道团队带来了很大的压力。
北京飞行控制中心的专家表示,在嫦娥三号任务中,轨道小组的任务是在着陆器登陆月球表面后基本完成的。即使在难度更大的嫦娥四号任务中,轨道组也只需要在登月后跟踪维护“鹊桥”中继星的单个目标。但是,在这次任务中,轨道柱在降落到上部组件后,仍然需要多次保持轨道器的相位调制。
具体来说,四颗轨道飞行器分离后,轨道飞行器并不一直保持在初始轨道上运行。而是需要到达预定位置,按照方案通过四次调相控制等待上升装置。比如“两个人分头在约定的时间地点见面”,所以在对月球表面采样的同时,轨道飞行器要将其相位调整到预定的轨道,然后根据采样的实际情况在预定的时间到达指定的地点。
专家表示,仅仅控制轨道飞行器是不够的,还需要根据月球表面的采样情况实时计算判断,在月球表面起飞后,控制升降舵沿着正确的轨迹完成与轨道飞行器的“对接”。
这就需要多次对立管进行精确的远程制导和控制,最终完成月球交会对接和样品转移。之后要控制轨道器和返回器的组合,完成月地转移事件,最后携带月球土壤的返回器返回地球。
来自北京飞行控制中心的消息称,嫦娥五号穿梭在浩瀚的太/[/k0/】之间,只有这条看不见的轨道线时刻牵引着它,让它高飞,回到安森。在降落在安森之前,北京飞行控制中心的航迹室将永远灯火通明,等待嫦娥五号满载而归。
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