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北京航天飛行控制中心——精準操控牽引嫦娥五號飛抵月面

北京航天飛行控制中心——

精準操控牽引嫦娥五號飛抵月面

■李瀟帆宋星光

11月30日晚至12月1日凌晨，嫦娥五號探測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整進入近月點15公里，遠月點200公里的降軌目標軌道，嫦娥五號已逐步逼近月球。

從11月28日嫦娥五號第一次近月制動開始，一系列密集且關鍵的軌道控制已經在有序展開了，第二次近月制動、組合體分離、環月降軌等等，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隊。

方案預案精心，讓應急不驚心

“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，嫦娥五號任務各飛行階段耦合性強、推進余量低、月面工作時長固定等約束條件多，對軌控策略設計、軌道控制精度和應急軌道重構均提出更高要求。

在軌道設計上，他們提出了定時定點著陸定時起飛規劃策略。在地月轉移、近月制動、環月降軌、動力下降4個飛行階段，進行聯合軌道控制。通過優化調整四器組合體環月軌道傾角和近月制動的法向分量，以保證著上組合體在預定起飛時刻的位置位于軌道器環月軌道面內。通過優化調整著上組合體環月降軌的開機點位置、時長和法向分量，修正近月制動控制偏差，并瞄準動力下降點時刻和位置，以保證在各個階段飛行偏差情況下均能滿足著陸和起飛控制要求。

在軌道設計中，還要充分考慮各種突發情況，具備隨時處置的能力。由于聯合軌道控制環環相扣，近月制動、環月降軌、動力下降等各個關鍵控制過程決定任務成敗，且相互制約，一旦其中的一個節點發生異常，想要保證應急處置后的飛行狀態回歸的難度極大，這無疑是應急軌道重構的巨大挑戰。

面對這一難點，嫦娥五號任務軌道專家組組長劉勇，扛起了任務軌道關鍵技術攻關的重擔。從嫦娥一號到嫦娥五號，劉勇用十幾年的夜以繼日換來了眾多關鍵技術的突破，確保了歷次任務航天器在太空中的安全。嫦娥五號任務中，他和團隊再次突破了月球高精度定時定點著陸、定時起飛、多器聯合軌道控制快速優化、月地返回速度增量最優入射和快速優化、應急軌道控制與軌道重構等關鍵技術，賦予了探測器在多種應急處置分支下快速調整能力，讓它在突發情況后還能回歸正常軌道，繼續完成后續工作。

測量計算到位，讓定軌不脫軌

在軌道控制上，除了方案預案必須想在先做在前，精準的軌道測量也是關鍵詞貫穿始終。這不僅有賴于軌道團隊，飛控中心還有一個關鍵系統發揮著巨大作用，那就是深空干涉測量系統。探月工程三期嫦娥五號任務是北京中心深空干涉測量系統首次正式參加的重大航天任務。干涉測量是一種高精度測角方法，與測距、測速等傳統測軌技術共同支撐著深空高精度軌道測量。北京中心深空干涉測量系統利用“佳木斯-喀什”基線開展實時干涉測量，為北京中心的軌道計算崗位提供了高精度干涉測角數據產品，也為嫦娥五號近月制動提供了測量支撐。

據干涉測量崗位工程師任天鵬介紹：“我國的深空干涉測量系統具有測站全球布局、基線長度更長、基線構型豐富的優勢，在嫦娥五號任務中，首次開展了‘納米比亞-阿根廷’基線準實時干涉測量，填補了境外干涉測量弧段空白，極大支持了探測器軌道快速確定。”干涉測量崗位獲取的精準測量數據提供給軌道團隊，軌道團隊快速完成探測器的精確軌道確定，他們之間彼此配合，穩穩握住了嫦娥五號的生命線。

在著上組合體與軌返組合體兩兩分離后，需要實現對該雙目標的同時測控。為此，要統籌把握兩者的測定軌精度和遙控指令上注要求，對測控資源合理調配。在這一階段，深空干涉測量系統的觀測目標就是著上組合體，此時這一手段所具備的高測角精度得以體現，在定軌過程中對橫向的位置和速度有較好的約束，有效提高環月飛行目標的定軌精度。

多項首次挑戰，軌控貫穿始終

嫦娥五號任務中，月面起飛、交會對接和月地入射在我國都是首次實施，這3個重要控制無疑都直接賦予了軌道團隊巨大壓力。

在嫦娥三號任務中，著陸器著陸月面后，軌道團隊的任務基本就已完成，即使是在難度更高的嫦娥四號任務中，落月之后軌道團隊只需跟蹤維持“鵲橋”中繼星單個目標。但在本次任務中，著上組合體著陸后，軌道崗位仍需對軌道器進行多次調相維持。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行，而是要根據方案通過4次調相控制到達預定的位置等待上升器。就如兩個人分頭行動，約定好時間地點碰面，因此在月面采樣的同時，軌道器就要調相到預定軌道，再根據采樣的實際情況在預定時間到達約定地點。

但僅僅控制軌道器是遠遠不夠的，軌道團隊還需要根據月面采樣情況實時計算判斷，并在月面起飛后同時控制上升器沿著正確軌道與軌道器完成“接頭”。這需要對上升器完成多次精確的遠距離導引控制，最終完成月面交會對接和樣品轉移。此后，還要控制軌返組合體完成月地轉移入射，最終實現載有月壤的返回器重回地球。

嫦娥五號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，讓它能夠飛得高遠還能平安回來。但在它平安落地之前，北京中心軌道機房里將會一直燈火通明，團隊全體成員將用心守護，確保嫦娥五號凱旋而歸。

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